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Elektrische Anlasssperrvorrichtung für Andrehmotoren von Brennkraftmaschinen
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Schalters mit der Batterie verbunden werden kann und dann den Betriebsstromkreis schliesst.
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 Bttriebsstromkreis 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. Es sind bereits Anlasssperrvorrichtungen bekannt geworden, die ein elektromagnetisches Spannungsrelais haben, auf dessen Spannungsspule eine Zusatzwicklung angebracht ist, über die nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine selbsttätig ein Kondensator entladen wird und dabei durch den Kondensatorstrom ein Gegenfeld zu dem von der Spannungsspule bei Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugten Feld hervorgerufen wird.
Derartige Sperrvorrichtungen müssen jedoch eine hohe Ansprechempfindlichkeit haben, damit sie zufriedenstellend arbeiten können, weil sie bereits bei sehr geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und der von dieser angetriebenen Lichtmaschine in Tätigkeit treten sollen. Bei diesen geringen Drehzahlen liegt jedoch die von der Lichtmaschine erzeugte Spannung bei sehr niedrigen Werten von etwa 0, 5 bis 3 V. Ausserdem werden durch Verzögerungseinrichtungen, durch welche die Einzugsstellung von elektromagnetischen Relais über denjenigen Zeitpunkt hinaus aufrechterhalten werden soll, in dem die Lichtmaschinenspannung die Haltespannung des Relais unterschreitet, die genannten Anlasssperrvorrichtungen erheblich verteuert.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, die Steuerung der Anlasssperrvorrichtung durch eine elektrische Stromquelle zu bewerkstelligen, die einen impulsförmigen Spannungsverlauf hat und bei je. dar 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 Schaltschützen 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 Schaltschittzen 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 darliberhinaus ein integrierendes Zeitglied vorgesehen ist, durch welches das Hilfsrelais unterhalb einer gegebenen Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine geschlossen gehalten werden kann.
Bei Brennkraftmaschinen mit einer Hochspannungszündanlage kann man die beim Öffnen und Schlie- ssen desZündunterbrechers impulsförmig sich ändernde Spannung an der Primärwicklung der Zündspule zur Steuerung der Schaltvorrichtung verwenden. BeiDieselmaschinen dagegen steht eine solche Spannung nicht
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ohne 1reiteres zur Verfügung. Man kann jedech durch einen von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gesteuertes, und zusammen mit einem Widerstand an die zum Betrieb des Andrehmotors erforderliche Batterie angeschlossenen Unterbrecher in einfacher Weise eine sich im Takte der MaschinendrehzabJ 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 des Auslaufvorganges der Brennkraftmaschine gesperrt bleibt.
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei Anlass-Sperrvorrichtungen für zum Betrieb mit Hochspannungszilndung bestimmte Brennkraftmaschinen dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Schalt - schema des ersten Austtihrungsbeispiels, während in Fig. 2 ein Ausschnitt aus dem Schaltschema einer andern Anlass-Sperrvorrichtung dargestellt ist.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist zum Anwerfen der mit 10 bezeichneten Brennkraftmaschine ein Anlasser 11 vorgesehen, in dessen Betriebsstromkreis ein Anlasserschiitz 12 liegt. Der Schütz hat eine Magnetisierungsspule 13 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 Zündschalter 20 angeschlossen ist. Dieser führt zu einer Hilfsleitung 21. An die Hilfsleitung 21 ist die PrimSnrncklung 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 Hochspannungs1'lÍcklung 27 der Zündspule angeschlossen ist.
Am Umfang des Verteilers sind vier feststehende Elektroden 23 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 fuhrende Zündkabel dargestellt.
Der mit dem Verteiler 25 auf einer gemeinsamen, mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gekuppelten Antriebswelle 33 sitzende Unterbrechernocken 24 arbeitet mit einem Unterbrecherhebel 34 zusam- men, 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 Unterbrechenkontakt 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 mitetwarechteckförmigem Verlauf. Diese Spannung ist zur Steuerung der im folgenden näher beschriebenen Anlass-Sperrvorrichtung verwendet.
Die Anlass-Sperrvorrichtung enthält ein Hilfsrelais 40 mit einem Arbeitskontaktpaar. dass von einem be-
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und einem Festkontakt42 gebildetwird. AusserdemE2 des Transistors T2 liegt übereinen 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 ge- öffnete 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 Magnetisierungs- wicklung 43 übsr den Transistor T2 mit einem zum Schliessen der Arbe1tskontakte 41 und 42 des Hilfsrelais 40 erforderlichen Strom versorgt werden, so dass auch der Anlasserschütz 12 in seine Einzugsstellung
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erforderlichenaung aufweist, die grösser ist als der am Emitterwiderstand 45 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 Tl verstärkten Impulse. Je schneller die Brennkraftmaschine läuft, umso rascher folgen die Impulse aufeinander und setzen die Spanrung 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 den ebenfalls öffnenden Anlasserschütz aus.
Der Transistor T1 liegt mit seiner Basis B1 über einen Kondensator 50 von l F und einem mit diesem in Reihe geschalteten Dämpfungswiderstand 51 von 25K-Ohm am Verbindungspunkt der Primärwicklung 23
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und der Hoch'pannungswicklung 27 der Zündspule. Bei jedem Schliessen der Unterbrecherkomakte 34 und
35 erhält dieser Verbindungspunkt das Potential der Minusklemme der Batterie 1'7, so dass der in diesem
Augenblick praktisch ungeladene Kondensator 50 sich über die Plusleitung 18, den Zündschalter20 sowie einen in der Emitterzuleitung des Transistors Tl liegenden Gleichrichter 53 und die Emitterbasisstrecke aufladen kann.
Dieser vom Emitter El zur Basis Bl des Transistors Tl fliessende Strom hat zur Folge. dass der
Transistor Tl leitend wird. Sein von der Kollektorelektrode K1 über einen Arbeitswiderstand 54 fliessender
Kollektorstrom J1 erzeugt dann am Widerstand 54 einen Spannungsabfall, während gleichzeitig sich ein
Teil der Ladung des Kondensators 47 über den stromleitenden Transistor Tl ausgleicht. Die dadurch ent- stehende Spannungsabsenkung am Kondensator 47 wird umso grösser, Je schneller die an der Primärwick- lung 23 der Zündspule abgenommenen Impulse aufeinander folgen.
Wenn die an der Basis B2 des Transi- stors T2 wirksam werdende Spannung des Kondensators 47 schliesslich so klein geworden ist, dass der vom
EmitterE2 zur BasisB2 fliessende Steuerstrom des Transistors T2 nicht mehr ausreicht die Magnetisierungs- wicklung 43 mit einem ausreichenden Strom zu versorgen, fällt das Hilfsrelais 40 ab und schaltet über den
Anlasserschütz 12 den Anlasser 11 aus.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Anlage besteht darin, dass die Dauer der die Entladung des
Kondensators 47 bewirkenden, vom Transistor Tl erzeugten Impulse durch die Grösse des Widerstandes 51 und die Grösse des Kondensators 50 bestimmt und daher von der Drehzahl derBrennkraftmaschine unabhän- gig 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 B1 des Transistors Tl 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 Uuterbrechers entstehenden Spannungssprünge unterdrückt werden.
Da. der Batterie 17 während des Anlassvorgangs ein sehr starker Strom entnommen wild, 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 Anlasserschützen 12 eingeschaltet ist,
dass der in ihr fliessende Steuerstrom des Schaltschützen den über die Wicklung 43 gehenden Kollektorstrom des Transistors T2 unterstützt und das Relais 40 trotz erheblicher Spannungsabsenkung der Batterie in seiner Einzugsstellung hält.
Die in der Emitterzuleitung liegende, vorzugsweise aus Silizium bestehende Kristalldiode 53 soll bei stntehenderbrennkraftrnaschine verhindern, dass der Transistor Tl einen hohen Ruhestrom führt, weil sonst der als integrierende 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.
Die Kristalldiode 53 kann entfallen, wenn der Transistor Tl aus Silizium besteht.
Bei der beschriebenen Anlage erreicht man dadurch, dass der Handschalter 46 hinter dem gemeinmenAnschlusspunkt der Spule 56 und der positiven Belegung des Kondensators 47 in die Zuführungsleitung zur Emitterelektrode E2 des Transistors T2 eingeschaltet ist, eine wesentliche Verkürzung derAnsprechzeit des Hilfsrelais 40, weil beim Betätigen des Druckknopfschalters 46 der Kondensator 47 bereits aufgeladen ist, sofern sich der Zündschalter 20 in seiner Schliess-Stellung befindet.
Wenn man in Abänderung der dargestellten Schaltung die positive Belegung des Kondensators 47 zusammen mit einem Wicklungsende der Spule 44 an den gleichen Kontakt des Druckknopfschalters 46 legt, an den der Emitterwiderstand 45 des Transistors T2 angeschlossen 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 wird und den Anlasser- schütz 12 in die Einzugsstellung bringen kann. Eine solehe 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 stehen geblieben ist.
Derartige Anlagen können besonders dort Bedeutung haben, wo mit ner Brennkraftmaschine ein Starkstromgenerator verbunden ist. In diesem Falle karn der Zündschalter 20 als Ruhekontaktschalter eines elektromagnetischen Spannungsrelais ausgebildet sein, das an zwei Phasenleitungen eines Starkstromnet-
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zes liegt und solange offen gehalten, wird, als 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 Ausfühnmgsbaispiel erfolgt die Steuerung 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
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arm 60 mit der Minusklemme einer Starterbatterie 61 verbunden ist und von einem Unterbrechemocken 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 angedeu- tete'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 DruckImopf 70 eingelegt und dadurch die Emitterelektrode des Transistors T4 über ihren Emitterwiderstand 71 an die positive Klemme der Starterbattrie angcsciilossen wird, fliesst zunächst infolge der am Kondensator 67 von 200 F liegenden Spannung ein hoher Kollektorstrom über die Wicklung 73 des Hilfsrelais, dessen aus einem Schaltarm 75 und einem feststehenden Kontakt 76 bestehendes Arbeitskontaktpaar im Beiriebsstromkreis eines in Fig. 2 nicht dargestellten Anlasserschützen liegt. Der zu diesem Schützen fliessende Schaltstrom J 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
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währendkraftmaschine 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 aufeinander folgen und dadurch den Kondensator 67 auf eine wesentlich niedrigere Spannung bringen. Wenn nämlich die vom Transistor T3 verursachten Eiltladestromstösse 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 den Anlasserschütz und den Anlasser aus.
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 Anlass-Sperrvorrichtung den Anlasser ausschaltet, mit Hilfe des Widerstands 82 einstellen.
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 soweit aufgeladen ist, dass der Anlasserschätz über das Hilfsrelais 74 und den vorher gesperrten Transistor T4 in seine Einschaltstellung gelangt.
Wenn jedoch die Brennkraftmaschinz beige- schlossenem Zündschalter aus dem Lauf heraus stehen bleibt, vergeht nur etwa die Hälfte dieser Verzö- gerungszeit zwischen demjenigen Zeitpunkt, an dem die Brennkraftmaschine ihren Stillstand erreicht hat und demjenigen Zeitpunkt, bei dem der Anlasser selbsttätig wieder eingeschaltet wird.
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