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Frequenzabhängiger Dämpfungszweipol zur Unterdrückung hochfrequenter Schwingungen, die von Zündanlagen in Otto-Motoren ausgehen
Die Erfindung bezieht sich auf einen in die Hochspannungsleitungen von Zündanlagen für Otto-Motoren eingeschalteten Dämpfungszweipol, durch den die von den Funkenstrecken in diesen Anlagen ausgehenden Hochfrequenzschwingungen unterdrückt werden, um einen störungsfreien Empfang von Sendungen der drahtlosen Nachrichtenübermittlung und Bildübertragung sicherzustellen.
Es ist bekannt, die von den Zündanlagen der Otto-Motoren ausgehenden Störwellen für Radio- und Fernsehapparate entweder durch metallische Umhüllung (Abschirmung) unschädlich zu machen oder aber durch in ihre Hochspannungsleitungen eingebaute hochohmig Widerstände, welche die Störwellen dämpfen. Von diesen beiden Methoden ist die Abschirmung überaus aufwendig, da eine lückenlose metallische Umhüllung sehr schwer herzustellen ist. Sie kommt daher nur für spezielle Zwecke in Frage. Verbreitet ist dagegen die zweite Methode, die auf der Verwendung von Widerständen beruht, die In die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen eingeschaltet werden.
Derartige Draht- oder Massewiderstände mit einem Widerstandswert von 10 000 bis 20 000 Ohm werden in der Regel in jede Hochspannungsleitung einer Zilnd- anlage eingeschaltet. Sie haben wegen ihrer hohen Widerstandswerte den Nachteil. dass sie die Zündstrom- kreise belasten und zu einer Schwächung der Zündenergie führen. Besonders bei hochverdichteten Brennkraftmaschinen können dadurch ZUndungsaussetzer verursacht werden, denen lediglich durch eine ganz unerwünschte Leistungssteigerung der Zündanlagen entgegengewirkt werden könnte.
Während nun bisher angenommen wurde, dass die von den Zündanlagen der Otto- Motoren ausgehenden Störwellen - abgesehen von der Abschirmung der Anlagen - nur durch möglichst hochohmige in die Hochspannungsleitungen eingeschaltete Widerstände unschädlich gemacht werden könnten, ergaben neuere Untersuchungen, dass dies mindestens nicht für alle Frequenzbereiche, sondern lediglich für Störwellen des Mittel-und Langwellenbereiches zutrifft, denn für die höheren Frequenzen des durch die Funken angereg-
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und verlieren schliesslich ihre Dämpfungseigenschaft.
Diesem Umstand wird bei einem bekannten frequenzabhängigen Dämpfungszweipol Rechnung getragen, der aus einem auf einen Ferritkern aufgewickelten Drahtwiderstand besteht. Zur Verwendung kommt dabei ein Ferrit, der bei hohen Frequenzen vorwiegend als reeller Widerstand wirkt und eine Dämpfung von
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einem ohmschen Widerstand von etwa 1000 Ohm lang-und mittelwellige Störungen unschädlich macht.
Derartige Dämpfungszweipole haben sich jedoch nicht durchsetzen können, weil die erforderlichen Ferritkerne zu teuer sind.
Eine ebenso gute Entstörwirkung im Bereich ultrakurzer Störwellen ergibt sich mit einfacheren Mitteln bei Verwendung eines in die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen eingeschalteten Dämpfungszweipols, der gemäss der Erfindung aus einer auf einen Isolierstoffträger aufgewickelten Hochfrequenzdrossel besteht, deren Induktivität mit ihrer Eigenkapazität auf eine kurzwellige, im Bereich der zu entstörenden Empfangsfrequenz liegende Resonanzfrequenz abgestimmt ist, und die aus einem Widerstandsdraht gewickelt ist, der einen die Unterdrückung langwelliger Störfrequenzen bewirkenden ohmschen Wi-
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derstanu hat.
Die wichtigsten Frequenzbereiche, in denen ein von Zündungsstörungen freier Empfang sicherzustel- len ist, ist Band n (UKW-Rundfunkband, 87-100 MHz) und Band 1lI (Fernsehen 174 - 216 MHz). Je nach den von Fall zu Fall gestellten Forderungen sind die Dämpfungsglieder auszulegen. Zu bevorzugter Stör- 5 befreiung des Rundfunkbandes n ist z. B. ein Dämpfungszweipol mit einer Resonanz bei etwa 90 MHz in die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen einzuschalten. Die Störwellen für die langwelligeren Berei- che, in denen die Induktivität der Drosselspule nicht wirksam ist (KW, MW, LW), werden dadurch mit demselben Dämpfungszweipol unschädlich gemacht, dass die Drosselspule einen genügend grossen ohmschen
Widerstand erhält.
Versuche haben ergeben, dass dies in der Regel mit einem reellen Widerstand von etwa 0 1000 Ohm zu erreichen ist, d. i. mit einem Widerstandwert, durch welchen die Zündenergie der Zündan- lagen noch nicht merklich geschwächt wird. Ein derartiger Dämpfungszweipol wird zweckmässig in der
Nähe der die Schwingungen erzeugenden Funken in die Leitungen eingeschaltet und beispielsweise in die
Zündkerzen selbst, in einen Zündkerzenstecker oder in den Verteilerläufer einer Zündanlage eingesetzt.
Unter Umständen kann es zweckmässig oder notwendig sein, zwei oder gar drei gleicha. rtige Dämpfungs- 5 zweipole an verschiedenen Stellen in die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen einzuschalten.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt : Fig. 1 einen Dämpfungszweipol für das UKW-Band II und Fig. 2 einen Dämpfungszweipol, der auf das UKW-
Band n und das Femsehband HI abgestimmt ist. In Fig. 3 ist schliesslich die Resonanzkurve des Dämpfungs- zweipols nach Fig. 2 dargestellt.
D Der Dämpfungszweipol nach Fig. l ist zum Einbau in einen Verteilerläufer einer Hochspannungszünd- anlage für mehrzylindrige Otto-Motoren bestimmt.
Er besteht aus einem 5 mm dicken Keramikkörper mit einer Dielektrizitätskonstante von 6, auf dessen EndenAnschIusskappen 10, 11 aufgepresst sind. Die Eigenkapazität des Keramikkörpers mit den beiden An- schlusskappen wurde einschliesslich eines Zuschlags für die Streukapazität und die Kapazität der Draht-
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auf eine Resonanzfrequenz gebracht werden, die etwa in der Mitte des UKW-Bereiches liegt, woraus eine Windungszahl von rund 170 für den Dämpfungszweipol errechnet werden kann. Mit dieser Windungszahl ist die auf den Keramikträger aufgewickelte Wicklung 12 ausgeführt, die sich über eine Länge von 17 mm zwischen den beiden Kappen 10 und 11 erstreckt, einen ohmschen Widerstand von 1000 Ohm aufweist und
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reich erzielt werden.
Dabei bewirkt der vorgesehene ohmsche Widerstand von 1000 Ohm gleichzeitig eine wirksame Störbefreiung im kurzen, mittleren und langen Wellenbereich.
Bei der Bemessung des ohmschen Widerstandes für einen Dämpfungszweipol nach der Erfindung ist man natürlich nicht auf 1000 Ohm festgelegt. Für die Wirkung eines auf die Resonanzfrequenz des zu entstö-
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vorzugsweise = 5 ist. Mit dieser Bemessungsgrundlage, die bei dem Dämpfungszweipol nach Fig. 1 verwirklicht ist, ist man hinsichtlich der Widerstandswerte zur Dämpfung langer und mittlerer Störwellen frei.
Trotzdem empfiehlt es sich natürlich, die Widerstandwerte so niedrig wie möglich zu halten, damit sie nicht durch Schwächung der Zündenergie den Betrieb der Brennkraftmaschinen durch Zündungsaussetzer in Frage stellen. Ein Widerstandswertvon 1000 Ohm hat sich unter Berücksichtigung aller dieser Erfordernisse
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bereich III entwickelt werden. Da im allgemeinen die Kapazität des Widerstandsträgers durch seine Abmessungen und die Anschlusskappen festliegt, muss in jedem Fall von dem genau festzustellenden Kapazitätswert dieser Bauelemente ausgegangen werden, da er für die Festlegung der Induktivität und damit der Windungszahl des Dämpfungszweipols bestimmend ist.
Schwieriger ist es, einen Dämpfungszweipol zu bauen, der eine aufdenUKW-Bereich II und ausserdem eine auf den Fernsehbereich III abgestimmte Resonanz hat. Dies kann z. B. durch zwei auf je einen der beiden Bereiche abgestimmte Dämpfungszweipole erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
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auf einen Tragkörper eine Drahtwicklung so aufzuteilen, dass Teilresonanzen entstehen, von denen je eine auf einen der zu entstörenden Frequenzbereiche abgestimmt ist.
Ein Dämpfungszweipol dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. Er ist zum Einbau in einen Zündkerzenstecker geeignet. Auf einen keramischen Träger 13 ist in diesem Fall eine Drahtwicklung 14 aus 70 Wini dungen und in einem Abstand davon eine Drahtwicklung 15 aus 27 Windungen aufgewickelt. Die galvanische Verbindung zwischen den Wicklungen 14 und 15 ist dabei durch drei weit auseinander gezogene Windungen der Spule hergestellt. Die Enden der beiden Wicklungen liegen an auf den Keramikkörper 13 aufgepress- ten Anschlusskappen 16 und 17, an denen einerseits eine Schraube 18 mit Holzschraubengewinde zum Eindrehen in die Seele eines Zündkerzenanschlusskabels und anderseits eine Anschlussbüchse 19 zum Aufstecken auf eine Zündkerze befestigt ist.
Die gegenüber dem Dampfungszweipol nach Fig. l grösseren Massen in Gestalt der Teile 18 und 19 bedingen eine wesentlich grössere natürliche Kapazität dieses Dämpfungszweipols. Dementsprechend sind die Windungszahlen, die erforderlich sind, um die Resonanzfrequenz beispielsweise auf den Frequenzbereich des UKW- Bandes II abzustimmen, kleiner als bei dem D mpfungszweipol nach Fig. l.
Die Resonanzkurve des Dämpfungszweipols nach Fig. 2 mit zweiteiliger Spulenwicklung ist in Fig. 3 dargestellt. Sie zeigt drei Dämpfungsmaxima (db) bei 95-, 137-und 200 MHz. In die Ausbildung des im UKW-Frequenzbereich II liegenden Maximums von 95 MHz geht dabei die volle Zahl 97 der auf den keramischen Träger 13 aufgewickelten Drahtwindungen ein, die bei 137 MHz und 200 MHz liegenden Teilresonanzen kommen dagegen unter dem Einfluss der Teilwicklungen 14 bzw.'15 zustande. Wesentlich für diese Anordnungen sind zwar nur die Resonanzen im Band II und III während die Resonanz bei 137 MHz zwangsläufig mit der Aufteilung der Drahtwicklung in Teilwicklungen 14,15 verbunden ist. Sie hat eine zusätzliche Dämpfung in einem ZwischenbereichzurFolge, der beispielsweise von Flugdiensten benützt wird.
Eine Kurvenform gemäss Fig. 3 kann natürlich auch unter Verwendung von auf zwei getrennte Keramikträger aufgewickelten Dämpfungszweipolen erzielt werden. In diesem Fall müsste auf den einen Keramikträger die Resonanzwicklung für die höhere Frequenz aufgewickelt sein, die zusammen mit der auf den andern Keramikträger aufgewickelten Wicklung auf den niedrigeren zu entstörenden Wellenbereich abzustimmen wäre. Auch in diesem Fall liegt zwischen den beiden Bereichen ein nicht unmittelbar ausgenUtztes Maximum. Unter Umständen kann es einfacher sein, das aus der-Gesamtwindungszahl der Dämpfungszweipole resultierende Dämpfungsmaximum in einen niedrigeren Frequenzbereich als denjenigen des UKWBandes II zu legen.
In diesem Fall ist das UKW-Band durch die Teilresonanz der grösseren Windungszahl entstört, während der höhere Frequenzbereich die Teilresonanz der kleineren Windungszahl enthält.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Frequenzabhängiger Dämpfungszweipol mit einem Gleichstromwiderstand von etwa 1000 Ohm zur Unterdrückung hochfrequenter Schwingungen, die von Funkenstrecken in ZUndanlagen zum Betrieb von Otto-Motoren ausgehen und Störungen in Geräten der drahtlosen NachrichtenUbermittlung und Bildübertragung verursachen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer auf einen Isolierstoffträger aufgewickelten Hochfrequenzdrossel besteht, deren Induktivität mit ihrer Eigenkapazität auf eine kurzwellige, im Bereich der zu entstörenden Empfangsfrequenz liegende Resonanzfrequenz abgestimmt ist und die aus einem Widerstandsdraht gewickelt ist, der einen die Unterdrückung langwelliger störfrequenzen bewirkenden ohmschen Widerstand hat.
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Frequency-dependent two-pole damping terminal for suppressing high-frequency vibrations caused by ignition systems in Otto engines
The invention relates to a two-pole damping device connected to the high-voltage lines of ignition systems for gasoline engines, which suppresses the high-frequency vibrations emanating from the spark gaps in these systems in order to ensure interference-free reception of wireless communications and image transmission.
It is known to render the interference waves emanating from the ignition systems of Otto engines harmless for radio and television sets either by means of a metallic casing (shielding) or by using high-resistance resistors built into their high-voltage lines, which dampen the interference waves. Of these two methods, the shielding is extremely complex, since a seamless metallic envelope is very difficult to produce. It is therefore only suitable for special purposes. In contrast, the second method, which is based on the use of resistors that are switched into the high-voltage lines of the ignition systems, is widespread.
Such wire or ground resistors with a resistance value of 10,000 to 20,000 ohms are usually switched into every high-voltage line of a ignition system. They have the disadvantage because of their high resistance values. that they load the ignition circuits and lead to a weakening of the ignition energy. In the case of high-compression internal combustion engines in particular, this can cause ignition misfires, which could only be counteracted by a very undesirable increase in the power of the ignition systems.
While it was previously assumed that the interference waves emanating from the ignition systems of Otto engines - apart from the shielding of the systems - could only be rendered harmless by high-resistance resistors connected to the high-voltage lines, recent studies have shown that this is at least not true for all frequency ranges , but only applies to interference waves of the medium and long wave range, because for the higher frequencies of the
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and ultimately lose their damping properties.
This fact is taken into account in a known frequency-dependent attenuation two-pole, which consists of a wire resistor wound on a ferrite core. A ferrite is used here, which acts primarily as a real resistance at high frequencies and damps
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an ohmic resistance of about 1000 ohms makes long and medium-wave interference harmless.
Such attenuation bipoles have not been able to gain acceptance because the ferrite cores required are too expensive.
An equally good interference suppression effect in the area of ultra-short interference waves is obtained with simpler means when using a damping dipole connected to the high-voltage lines of the ignition systems, which according to the invention consists of a high-frequency choke wound on an insulating material carrier, the inductance of which with its intrinsic capacitance to a short-wave, in the area of the is tuned to the interference-suppression receiving frequency, and which is wound from a resistance wire, which has an ohmic resistance that suppresses long-wave interference frequencies.
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derstanu has.
The most important frequency ranges in which reception free from ignition disturbances must be ensured are band n (VHF radio band, 87-100 MHz) and band 1lI (television 174-216 MHz). The attenuators must be designed according to the requirements made from case to case. To preferred interference 5 exemption of the radio band n is z. B. to switch on a damping two-pole with a resonance at about 90 MHz in the high-voltage lines of the ignition system. The interference waves for the longer-wave areas in which the inductance of the choke coil is not effective (KW, MW, LW) are rendered harmless with the same two-pole attenuation because the choke coil has a sufficiently large ohmic resistance
Resistance receives.
Tests have shown that this can usually be achieved with a real resistance of around 0.1000 ohms. i. with a resistance value by which the ignition energy of the ignition systems is not noticeably weakened. Such a two-terminal attenuation is useful in the
Close to the vibrations generating sparks in the lines and for example in the
Spark plugs themselves, inserted in a spark plug connector or in the distributor rotor of an ignition system.
Under certain circumstances it may be useful or necessary to use two or even three of a kind. Connect the necessary attenuation 5 poles at different points in the high-voltage lines of the ignition systems.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. It shows: FIG. 1 a two-terminal attenuation for the VHF band II and FIG. 2 a two-terminal attenuation which is applied to the VHF band
Band n and the television band HI is matched. Finally, FIG. 3 shows the resonance curve of the two-pole attenuation according to FIG.
D The two-pole damping terminal according to Fig. 1 is intended for installation in a distributor rotor of a high-voltage ignition system for multi-cylinder Otto engines.
It consists of a 5 mm thick ceramic body with a dielectric constant of 6, on the ends of which connection caps 10, 11 are pressed. The intrinsic capacitance of the ceramic body with the two connection caps, including a surcharge for the stray capacitance and the capacitance of the wire
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be brought to a resonance frequency, which is approximately in the middle of the VHF range, from which a number of turns of around 170 can be calculated for the attenuation two-pole. The winding 12 wound onto the ceramic carrier is designed with this number of turns and extends over a length of 17 mm between the two caps 10 and 11, has an ohmic resistance of 1000 ohms and
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be achieved richly.
The provided ohmic resistance of 1000 ohms simultaneously provides effective interference elimination in the short, medium and long wave range.
When dimensioning the ohmic resistance for a two-terminal attenuation according to the invention, one is of course not limited to 1000 ohms. For the effect of an interference on the resonance frequency of the
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preferably = 5. With this assessment basis, which is implemented in the attenuation two-pole according to FIG. 1, one is free with regard to the resistance values for attenuating long and medium-sized interference waves.
Nevertheless, it is of course advisable to keep the resistance values as low as possible so that they do not jeopardize the operation of the internal combustion engine due to misfiring by weakening the ignition energy. A resistance value of 1000 ohms has been found taking all of these requirements into account
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Area III to be developed. Since the capacitance of the resistor carrier is generally determined by its dimensions and the connection caps, the exact capacitance value of these components must be assumed in any case, since it is decisive for the determination of the inductance and thus the number of turns of the attenuation dipole.
It is more difficult to build a two-terminal attenuation that has a resonance matched to FM area II and also to television area III. This can e.g. B. can be achieved by two attenuation bipoles matched to one of the two areas. Another possibility is to
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to divide a wire winding on a supporting body in such a way that partial resonances arise, one of which is matched to one of the frequency ranges to be suppressed.
A two-terminal attenuation of this type is shown in FIG. It is suitable for installation in a spark plug connector. In this case, a wire winding 14 of 70 turns and a wire winding 15 of 27 turns is wound onto a ceramic carrier 13 at a distance therefrom. The galvanic connection between the windings 14 and 15 is established by three turns of the coil that are drawn far apart. The ends of the two windings rest on connection caps 16 and 17 pressed onto the ceramic body 13, to which on the one hand a screw 18 with wood screw thread for screwing into the core of a spark plug connection cable and on the other hand a connection sleeve 19 for attachment to a spark plug is attached.
The masses in the form of parts 18 and 19, which are greater than that of the two-pole attenuation according to FIG. Accordingly, the number of turns which are required in order to match the resonance frequency, for example, to the frequency range of the VHF band II, are smaller than in the case of the attenuation dipole according to FIG.
The resonance curve of the two-pole damping pole according to FIG. 2 with a two-part coil winding is shown in FIG. It shows three attenuation maxima (db) at 95, 137 and 200 MHz. The full number 97 of the wire windings wound on the ceramic carrier 13 is included in the formation of the maximum of 95 MHz in the VHF frequency range II, whereas the partial resonances at 137 MHz and 200 MHz come under the influence of the partial windings 14 and ' 15. Only the resonances in band II and III are essential for these arrangements, while the resonance at 137 MHz is inevitably associated with the division of the wire winding into partial windings 14, 15. It results in additional attenuation in an intermediate area which is used, for example, by air services.
A curve shape according to FIG. 3 can of course also be achieved using two-pole damping poles wound onto two separate ceramic supports. In this case, the resonance winding for the higher frequency would have to be wound onto one ceramic carrier, which, together with the winding wound onto the other ceramic carrier, would have to be tuned to the lower wave range to be suppressed. In this case, too, there is a not directly utilized maximum between the two areas. Under certain circumstances it may be easier to place the attenuation maximum resulting from the total number of turns of the attenuation two-pole in a lower frequency range than that of VHF band II.
In this case, the VHF band is suppressed by the partial resonance of the larger number of turns, while the higher frequency range contains the partial resonance of the smaller number of turns.
PATENT CLAIMS: 1. Frequency-dependent attenuation two-pole with a direct current resistance of about 1000 ohms for the suppression of high-frequency vibrations that emanate from spark gaps in ignition systems for the operation of Otto engines and cause interference in devices for wireless communication and image transmission, characterized in that it consists of one to one There is a high-frequency choke wound with insulating material, the inductance of which is matched with its intrinsic capacitance to a short-wave resonance frequency in the range of the receiving frequency to be suppressed and which is wound from a resistance wire which has an ohmic resistance that suppresses long-wave interference frequencies.