DD225603A3 - Steuerbarer lastabhaengiger regler fuer phasenanschnittgesteuerte motoren - Google Patents

Abstract

Der erfindungsgemaesse Regler ist so aufgebaut, dass er an verschiedene Leistungskreise angekoppelt werden kann, und dass die EMK des Motors oder die Ausgangsspannung eines Tachogenerators als Regelgroesse benutzt werden kann; wobei die wesentlichsten Bauelemente in einen Schaltkreis integrierbar sind. Im wesentlichen wird die Funktion des Reglers durch eine zur Netzwechselspannung synchrone Rechteckspannung, die durch eine spezielle Art der Erzeugung im O-Durchgang einen H-L-Sprung und nach etwa 2 ms einen L-H-Sprung aufweist, gekennzeichnet, die im Ergebnis einer Ueberlagerung mit einer zweiten Spannung, erzeugt durch ein R-C-Glied in Verbindung mit einem ueber eine Fusssteuerung veraenderlichen Spannungsteiler eine Spannung ergibt, die im Vergleich mit einer ueber einen Differenzverstaerker auf einem R-C-Glied gespeicherten Messspannung eine weitere Rechteckspannung erzeugt, deren H-L-Flanke ueber einen Impulsverstaerker zur Zuendung eines Leistungshalbleiters genutzt wird und deren L-Potential die Messwertuebernahme abschaltet. Fig. 1

Description

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mehrere steuerbare Leistungshalbleiter und über eine erste Diode zum einen mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers, dessen Eingänge z. B. zur Einkopplung der EMK genutzt werden und zum anderen über eine zweite Diode mit einem zweiten Zeitkonstantenglied, das über einen Widerstand mit dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Komparators verbunden ist, in Verbindung steht.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das erste Zeitkonstantenglied direkt mit der Anode einer ersten Diode zur Erzeugung der positiven und mit der Katode einer zweiten Diode zur Erzeugung der negativen Betriebsspannung in Verbindung steht oder am Ausgang eines dritten Komparators angeschlossen ist, dessen invertierender Eingang mit dem Mittelpunkt der Betriebsspannungen und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand mit der Anode der ersten Diode und der Katode der zweiten Diode zur Betriebsspannungsversorgung verbunden ist.

Anhand der Figuren 1 bis 7 soll die Erfindung näher erläutert werden

Es zeigen:

Figur 1: ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelschaltung, Figur 2: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelschaltung, Figur 3: Spannungskurven

U₁ — Netzwechselspannung

U₂ — Spannungsverlauf an der Anode der Diode 2

U₃ — Spannungsverlauf am invertierenden Eingang des Komparators 22 U₄ — Spannungsverlauf am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 22 U₅ — Spannungsverlauf am invertierenden Eingang des Komparators 28 U₅ — Spannungsverlauf an den Anoden der Dioden 31 und 29

U₇ — Spannungsverlauf am Kondensator 27

U₈ — Spannungsverlauf am Ausgang des Komparators 28

U₉ — Spannungsverlauf an der Basis des Transistors 43

U₁₀ — Spannungsverlauf am Anschluß 49,

Figur 4: Den erfindungsgemäßen Regler mit einem triacgesteuerten Leistungsteil, Figur 5: Den erfindungsgemäßen Regler mit einem thyristorgesteuerten Leistungsteil, Figur 6: Den erfindungsgemäßen Regler mit einem triacgesteuerten Leistungsteil ohne Diodenbrücke, und Figur 7: Den erfindungsgemäßen galvanisch vom Leistungsteil getrennten Regler.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren 1 bis 3, die Zusammenschaltung des Reglers mit verschiedenen Leistungsteilen anhand der Figuren 4 bis 7 beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Der bevorzugte steuerbare lastabhängige Regier (im folgenden Regler benannt) ist in Figur 1 dargestellt. Der Anschluß 52 des Reglers ist mit dem einen Pol und der Anschluß 47 über einen nicht dargestellbaren Widerstand mit dem anderen Pol der Netzwechselspannung verbunden. Der Anschluß 47 bildet den gemeinsamen Verbindungspunkt für die Anode der Diode 2, für die Katode der Diode 3 und für den ersten Anschluß des ersten Zeitkonstantengliedes 7; 10. Zwischen der Katode der Diode 2 und der Anode der Diode 3 befindet sich eine Reihenschaltung aus den Kondensatoren 5 und 6, denen eine Reihenschaltung aus den Z-Dioden 8 und 9 parallel geschaltet ist, so daß an der Katode der Z-Diode 8 die positive Betriebsspannung und an der Anode der Z-Diode 9 die negative Betriebsspannung entsteht. Der Mittelpunkt für diese beiden Betriebsspannungen ist durch die Verbindung zwischen den beiden Kondensatoren 5 und 6 und zwischen den beiden Z-Dioden

8 und 9, die am Anschluß 52 liegen, gegeben.

Der zweite Anschluß des ersten Zeitkonstantengliedes 7; 10 liegt über die Anoden-Katoden-Strecke der Diode 11 am invertierenden Eingang und über die Katoden-Anoden-Strecke der Diode 12 am nichtinvertierenden Eingang des Komparators

Der invertierende Eingang steht über den Widerstand 14 mit dem Mittelpunkt und über den Widerstand 13 mit der negativen Betriebsspannung in Verbindung. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 22 ist über den Widerstand 17 mit dem Mittelpunkt der Betriebsspannung und über den Widerstand 16 mit der positiven Betriebsspannung verbunden.

Der Anschluß 15 ist über eine nicht näher benannte Fußsteuerung mit dem Anschluß 18 des Reglers verbunden. Der Anschluß 18 ist zum einen über die Reihenschaltung der Widerstände 19; 20 mit der negativen Betriebsspannung und zum anderen über den Widerstand 21 mit dem Kondensator 23, der über den Widerstand 24 mit dem invertierenden Eingang des Komparators 28 und mit dem Ausgang des Komparators 22 in Verbindung steht, verbunden.

Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 28 liegt über einen Widerstand 25 an einem zweiten Zeitkonstantenglied 26; 27, das über die Katoden-Anoden-Strecke der Diode 29 zum einen über den Widerstand 32 an der positiven Betriebsspannung und zum anderen über den Widerstand 33 an den Ausgang des Differenzverstärkers, bestehend aus einem Operationsverstärker 36 und den Widerständen 35; 38; 40; 41; 42; 46, angeschlossen ist.

Die Eingänge des Operationsverstärkers 36 stehen über die Widerstände 40; 41 mit den Anschlüssen 50; 51, die über die Widerstände 42; 46 am Mittelpunkt der Betriebsspannung liegen, in Verbindung. Der Widerstand 38 verbindet den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 36 mit dem Mittelpunkt der Betriebsspannung und der Widerstand 35 den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 36 mit dem Ausgang desselben. Der Ausgang des Komparators 28 ist über den Widerstand 30 mit der positiven Betriebsspannung über die Diode 31 mit der Anode der Diode 29, und über ein drittes Zeitkonstantenglied 34; 37 mit der Basis des Transistors 43, die über den Widerstand 39 an die positive Betriebsspannung gelegt ist, verbunden. Die positive Betriebsspannung liegt über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 43 am Anschluß 48, der über einen Widerstand 44 zum einen mit dem Anschluß 49 und zum anderen über den Widerstand 45 mit dem Mittelpunkt der Betriebsspannungen verbunden ist.

Wirkungsweise

Anhand der Figuren 1 bis 3 soll die Wirkungsweise des Reglers näher erläutert werden.

Die am Anschluß 52 und vor einem nicht dargestellten Widerstand, der mit dem Anschluß 47 verbunden ist, anliegenden Netzspannung U₁ erzeugt über den nichtdarstellbaren Widerstand, die Diode 2 und die Z-Diode 8 während der positiven Halbwelle am Kondensator 5 eine positive Spannung und über den nichtdarstellbaren Widerstand, die Diode 3 und die Z-Diode

9 während der negativen Halbwelle am Kondensator 6 eine negative Spannung. Diese positive und negative Spannung bilden die Betriebsspannungen für den Regler.

-4- 243 980 1

Durch das Prinzip der Erzeugung der Betriebsspannung entsteht an der Anode der Diode 2 bzw. an der Katode der Diode 3 eine Rechteckspannung U₂, deren H-L-Flanke oder L-H-Flanke zum Zeitpunkt des Nulldurchganges der Netzwechseispannung auch den Mittelpunkt der Betriebsspannung durchläuft. Dabei ist die Rechteckspannung U₂ positiv, wenn die positive Halbwelle anliegt und negativ, wenn die negative Halbwelle anliegt.

Die L-H-Flanke der Rechteckspannung wird über das erste Zeitkonstantenglied 7; 10 und die Diode 11 dem über den Spannungsteiler 13; 14 negativ vorgespannten invertierenden Eingang und die H-L-Flanke der Rechteckspannung über das gleiche Zeitkonstantenglied und die Diode 12 dem über den Spannungsteiler 16; 17 positiv vorgespannten nichtinvertierenden Eingang des Komparators 22 ausgeführt.

Die durch das erste Zeitkonstantenglied 7; 10 entstehende Impulsform und Impulsbreite U₃;U<, bewirkt, daß am Ausgang des Komparators 22 bzw. am invertierenden Eingang des Komparators 28 eine Spannung U₅ entsteht, deren zeitlicher Verlauf durch eine H-L-Flanke im Nulldurchgang der Netzwechselspannung und bestimmt durch die Impulsbreite und die Vorspannung der Eingänge des Komparators 22 nach etwa 2ms durch eine L-H-Flanke gekennzeichnet ist. Das L-Potential der Spannung U₅ wird durch die negative Betriebsspannung bestimmt.

Das Η-Potential ist durch die nicht näher benannte Fußsteuerung, die zwischen den Anschlüssen 15 und 18 liegt, durch die Widerstände 19; 20, durch die Aufladezeit eines vierten Zeitkonstantengliedes 21; 23 und den Widerstand 24 bestimmt.

Durch die nicht näher benannte Fußsteuerung, die im wesentlichen aus einem regelbaren Widerstand besteht, kann das H-Potential der Spannung U₅ am invertierenden Eingang des Komparators 28 variiert werden. Dieses Η-Potential der Spannung U₅ bildet den Sollwert für die über die Fußsteuerung eingestellte Drehzahl des Motors.

Über die Anschlüsse 50 und 51 kann z. B. die EMK des Motors an den Differenzverstärker angekoppelt werden. Durch die Verbindung des Ausgangs des Differenzverstärkers über den Widerstand 33 und zum einen über den Widerstand 32 mit der positiven Betriebsspannung und zum anderen über die Diode 29 mit dem zweiten Zeitkonstantenglied 26; 27; das über den Widerstand 25 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 28 in Verbindung steht, entsteht am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 28 eine Spannung U₇. Diese Spannung bildet den Istwert. Durch den Komparator 28 werden der Soll- und Istwert derart verglichen, daß, wenn die Dachschräge der Spannung U₅ den Wert der Spannung U₇ durchläuft, der Ausgang des Komparators 28 einen Spannungssprung U₈ von H nach L ausführt. Durch diesen Spannungssprung wird über die Diode 31 der Stromfluß durch die Diode 29 unterbrochen und gleichzeitig über das dritte Zeitkonstantenglied 34' 37 die Basis des Transistors 43, der als Impulsverstärker dient, angesteuert (U₉).

Der verstärkte positive Impuls kann über den Anschluß 48 direkt oder über einen Spannungsteiler am Anschluß 49 (U₁₀) abgenommen werden. Dieser Impuls dient der Ansteuerung eines oder mehrerer im Leistungskreis angeordneter steuerbarer Leistungshalbleiter zur Phasenanschnittsteuerung eines Motors. Ist durch die Fußsteuerung das Η-Potential der Spannung U₅ am invertierenden Eingang des Komparators 28 festgelegt, stellt sich am Motor eine entsprechende Drehzahl ein, in deren Abhängigkeit z. B. eine EMK entsteht, die über den Differenzverstärker, den Widerstand 33 und über die Diode 29 an das zweite Zeitkonstantenglied 26; 27 und somit an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 28 gelegt ist.

Wird bei unverändertem Η-Potential der Spannung U₅ der Motor abgebremst, verringert sich das Potential am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 28, wodurch der H-L-Sprung am Ausgang des Komparators 28, wodurch der H-L-Sprung am Ausgang des Komparators 28 in bezug auf den Nulldurchgang der Netzwechselspannung früher erfolgt. Das bedeutet, daß der Stromflußwinkel am Motor vergrößert wird.

Durch die Dimensionierung der Widerstände 21 und 24 und des Kondensators 23 kann die Dynamik der Regelung wesentlich beeinflußt werden.

In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reglers dargestellt. Das wesentlichste Merkmal dieser Ausführungsform ist, daß dem ersten Zeitkonstantenglied 7; 10 ein weiterer Komparator 4 vorgeschaltet ist, der die Funktion eines Nullspannungsschalters besitzt. Der invertierende Eingang des Komparators 4 ist an den Mittelpunkt der Betriebsspannung und der nichtinvergierende Eingang über einen Widerstand 1 an den Anschluß 47 gelegt. Diese Schaltung eignet sich besonders, wenn, wie Figur 7 darstellt, der Regler über eine galvanische Trennung vom Netz und Leistungsteil betrieben wird.

Die in Figur 4 dargestellte Regelung zeigt die Zusammenschaltung des erfindungsgemäßen Reglers mit einem triacgesteuerten Leistungsteil, die durch eine Diodenbrücke 57; 58; 64; 65, in deren Gleichstromkreis der Motor derart angeschlossen ist, daß der Anschluß 63 mit dem Minuspol, der Anschluß 60 mit dem Pluspol und der Anschluß 62 des Motors ebenfalls über die Anoden-Katoden-Strecke der Diode 61 mit dem Pluspol der Diodenbrücke verbunden ist, gekennzeichnet ist. Der steuerbare Leistungshalbleiter 59, der ein Triac ist, befindet sich im Wechselstromkreis der Diodenbrücke. Der Anschluß 47 des erfindungsgemäßen Reglers ist über einen Widerstand 53 mit dem einen Pol, der Anschluß 52 mit dem anderen Pol der Netzwechselspannung verbunden. Die EMK wird über die Widerstände 54; 55 an die Anschlüsse 50; 51 des Reglers gelegt. Das Gate des steuerbaren Leistungshalbleiters 59 liegt am Anschluß 49 des Reglers.

Die nicht näher benannte Fußsteuerung zur Einstellung des Sollwertes befindet sich an den Anschlüssen 15; 18 des Reglers.

Mit den Widerständen 54; 55 wird der Istwert an den Regler angepaßt.

Figur 5 zeigt den erfindungsgemäßen Regler im Zusammenwirken mit einem thyristorgesteuerten Leistungsteil. Da die Katoden der steuerbaren Leistungshalbleiter 69; 70 keinen gemeinsamen Anschlußpunkt besitzen, muß dem Gate des steuerbaren Leistungshalbleiters 69 ein Zündtransformator 68, dessen Primärwicklung mit dem Anschluß 48 und dem Anschluß 52 verbunden ist, vorgeschaltet werden. Das Gate des steuerbaren Leistungshalbleiters 70 ist wie in Figur 4 beschrieben angeschlossen.

Figur 6 zeigt den erfindungsgemäßen Regler im Zusammenwirken mit einem tiacgesteuerten Leistungsteil ohne Diodenbrücke.

Der Motor ist mit einem steuerbaren Leistungshalbleiter 59 in Reihe geschaltet. Hier wird während der Stromflußpause des Motors die EMK über die Reihenschaltung 54; 75 und 55; 76 den Anschlüssen 50; 51 des Reglers zugeführt. Durch die Dioden 75; 76 wird nur die positive EMK als Istwert genutzt.

Figur 7 zeigt den erfindungsgemäßen Regler der galvanisch vom Leistungskreis getrennt ist. Der Istwert wird durch einen mit dem Motor gekoppelten Tachogenerator 72 gebildet.

Die Netzwechselspannung wird dem erfindungsgemäßen Regler über einen Trenntransformator 73 zugeführt. Die Gates der beiden steuerbaren Leistungshalbleiter 69; 70 sind getrennt über einen Trenntransformator 74 mit den Anschlüssen 48; 52 mit dem Regler verbunden. Für diese Variante der Zusammenschaltung ist besonders der erfindungsgemäße Regler nach Figur 2 geeignet.

Claims (2)

-2- 243 980 Erfindungsansprüche:

1. Steuerbarer lastabhängiger Regler für phasenanschnittgesteuerte Motoren zum Einsatz an verschiedenen mit einem oder mehreren steuerbaren Leistungshalbleitern ausgerüsteten Leistungskreisen mit der Möglichkeit der Istdrehzahlmessung über die EMK oder über Tachogeneratoren, dessen wesentliche Bauelemente in einen Schaltkreis intergrierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines ersten Komparators (22), dessen invertierender Eingang über einen ersten Spannungsteiler (13; 14) negativ und dessen nichtinvertierender Eingang über einen zweiten Spannungsteiler (16; 17) positiv vorgespannt ist, und daß der invertierende Eingang des Komparators (22) über die Katoden-Anoden-Strecke der Diode (11) und der nichtinvertierende Eingang des Komparators (22) über die Anoden-Katoden-Strecke der Diode {12) mit dem ersten Anschluß eines ersten Zeitkonstantengliedes (7; 10), dessen anderer Anschluß direkt an die Anode einer Diode (2) und die Katode einer Diode (3) einer Schaltung zur Erzeugung der positiven und negativen Betriebsspannung (2; 5; 8; 3; 6; 9) angeschlossen ist, in Verbindung steht zum einen über einen Widerstand (24) an ein viertes Zeitkonstantenglied (21; 23) und zum anderen an den invertierenden Eingang eines zweiten Komparators (28), dessen nicht invertierender Eingang über einen Widerstand (25) mit einem zweiten Zeitkonstantenglied (26; 27), das über die Katoden-Anoden-Strecke einer Diode (29) zum einen über die Anoden-Katoden-Strecke einer Diode (31) mit dem Ausgang des zweiten Komparators (28) und zum anderen über einen Widerstand (32) mit der positiven Betriebsspannung und über einen Widerstand (33) mit einem Differenzverstärker, bestehend aus einem Operationsverstärker (36) und den Widerständen (35; 38; 40; 41; 42; 46;), dessen Eingänge an den Anschlüssen (50; 51) liegen, in Verbindung steht, angeschlossen ist.

2. Steuerbarer lastabhängiger Regler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschluß des ersten Zeitkonstantengliedes (7; 10) mit dem Ausgang eines dritten Komparators (4) verbunden ist, dessen invertierender Eingang mit dem Mittelpunkt der Betriebsspannung und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand (1) mit der Anode einer Diode (2) und der Katode einer Diode (3) in Verbindung stehen.

Hierzu 7 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Der erfindungsgemäße steuerbare Regler ist zweckmäßig für den Einsatz in Haushaltsgeräten kleiner Leistung, insbesondere Haushaltnähmaschinen, sowie für Erzeugnisse der Industrieelektronik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein bekannt, für Haushaltnähmaschinen elektronisch gesteuerte Antriebe zu verwenden, die aus einem Regier, einem Stellglied, das in Verbindung mit anderen Leistungshalbleitern ein oder mehrere steuerbare Leistungshalbleiter enthält, und einem Meßglied zur Erfassung der Ist-Drehzahl des Motors über die BMK oder einen Tachogenerator bestehen. Charakteristisch bei all diesen Lösungen ist, daß die Regier ihrem Verwendungszweck nach auf eine bestimmte Art der Phasenanschnittsteuerung zugeschnitten sind ihre Anwendbarkeit auf diese Art der Phasenanschnittsteuerung beschränkt bleibt. Ein typischer lastabhängiger Regler für phasenanschnittgesteuerte Motoren wird in der DE-Auslegeschrift 2608613 beschrieben. Charakteristisch für dieses Ausführungsbeispiel ist, daß die EMK nur in jeder zweiten Halbwelle der Netzwechselspannung kurzzeitig gemessen und durch einen Analogspeicher gespeichert wird, wobei ein steuerbarer Operationsverstärker durch einen Impuls den Meßkanal freigibt.

Die Erzeugung des Meßimpulses erfolgt durch eine Steuerschaltung bestehend aus einem Spannungsbegrenzer, einem Sägezahnspannungsgenerator, einem Schwellwertschalter, einem Differenzierglied, einer Impulsformerstufe und einem Spannungs-Strom-Umsetzer. An den Eingängen des genannten Operationsverstärkers erfolgt der Vergleich zwischen der Sollwertgleichspannung und der EMK. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers ist mit einem Trennverstärker verbunden. Der Ausgang dieses Trennverstärkers wirkt auf den invertierenden Eingang eines Komperators dessen nichtinvertierender Eingang mit einem zweiten Sägezahnspannungsgenerator, der synchron zur Netzwechselspannung arbeitet, verbunden ist. Im Ergebnis des Vergleichs entsteht am Ausgang des Komparators eine Rechteckspannung, deren L-H-Flanke über ein Impulsglied, einen Impulsverstärker und einen Impulsübertrager den Zündzeitpunkt des Halbleitegleichrichters bestimmt. Nachteilig bei diesem Regler ist, daß er sehr aufwendig ist und seine Einsatzbreite durch die Notwendigkeit eines Impulsübertragers eingeschränkt ist. Ein weiterer Nachteil für die Dynamik des Reglers ist die kurzzeitige, auf jede zweite Halbwelle orientierte Messung der EMK.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen steuerbaren lastabhängigen Regler für phasenanschnittgesteuerte Motoren zu schaffen, der die Nachteile bekannter Lösungen beseitigt, der mit verschiedenen Ausführungsformen der Leistungssteuerung für Motoren gekoppelt werden kann und der um eine Einrichtung zur Steuerung der Nadelposition erweiterbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren lastabhängigen Regler für phasenanschnittgesteuerte Antriebe zu schaffen, der gegenüber bekannten Lösungen so aufgebaut ist, daß er an verschiedene Leistungskreise angekoppelt werden kann und daß die EMK des Motors oder die Ausgangsspannung eines Tachogenerators als Regelgröße benutzt werden kann; wobei die wesentlichsten Bauelemente des Reglers in einen Schaltkreis, z. B. Hybridschaltkreis, integrierbar sind. Das wesentlichste Merkmal der Erfindung ist eine Schaltung, bestehend aus einem ersten Komperator, dessen invertierender Eingang über einen ersten Spannungsteiler negativ, und dessen nichtinvertierender Eingang über einen zweiten Spannungsteiler positiv vorgespannt ist, der im Zusammenwirken mit einer Schaltung zur Erzeugung der positiven und negativen Betriebsspannung, durch ein erstes Zeitkonstantenglied, das über die Katoden-Anoden-Strecke einer ersten Diode mit dem nichtinvertierenden Eingang und über die Anoden-Katoden-Strecke einer zweiten Diode mit dem invertierenden Eingang des ersten Komparators, der am Ausgang eine rechteckförmige Spannung erzeugt, deren zeitlicher Verlauf im Nulldurchgang der Netzwechselspannung mit einem Sprung von H nach L beginnt und der Rücksprung in Abhängigkeit vom ersten Zeitkonstantenglied erfolgt, verbunden ist, und daß der Ausgang des ersten Komparators mit dem invertierenden Eingang eines zweiten Komparators, dessen Ausgang mit einer Schaltung zur Erzeugung des Zündimpulses für eine oder