DE2155223A1 - Anordnung zur drehzahlbegrenzung von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

H. 602
2.11.1971

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GIlBH, 7 Stuttgart 1 Anordnung zur Drehzahlbegrenzung von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung "betrifft eine Anordnung zur Drehzahlbegrenzung von Brennkraftmaschinen, bei welcher von einen mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Signalgeber Impulse zur Steuerung der Zündung abgegeben werden und bei Überschreiten der hochstzulässigen Drehzahl die Zuleitung der Impulse zur Zündeinrichtung unterbrochen wird.

Es ist bereits eine Brennkraftmaschine bekannt, die als Überwachungseinrichtung zur Drehzahlbegrenzung einen durch einen fliehkraftregler betätigbaren Kurzschlußschalter enthält, der im Nebenschluß zum Zündunterbrecher liegt und bein Überschreiten der maximal zulässigen Drehzahl geschlossen wird« In diesem Fall tritt dann keine Zündung mehr auf, weil der Zündunterbrecher kurzgeschlossen und daher wirkungslos ist.

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Bei einer nit der vorerwähnten überwachungseinrichtung zur Drehzahlbegrenzung ausgerüsteten Brennkraftmaschine ist es nicht ausgeschlossen, daß durch öffnen des Kurzschliißschalter; eine Zündung im ungeeigneten Zeitpunkt erzeugt und dadurch Schaden verursacht wird. Des weiteren kann die Überwachungsfunktion durch Verschmutzung und Abnutzung der Schalterkontakte leicht gestört v/erden. Schließlich ist auch die am Fliehkraftregler vorzunehmende Einstellung des der maximal zulässigen Drehzahl entsprechenden Pegels sehr kompliziert; P infolgedessen ist die gewünschte Begrenzungswirkung nicht in jedem Fall mit Sicherheit exakt zu erreichen.

Ferner ist bereits eine Brennkraftmaschine mit einer Über- ~ wachungseinrichtung zur Drehzahlbegrenzung bekannt, bei welcher einem Steuerspannungserzeuger zeitlich vor jedem für die Einleitung eines Zünd- oder Einspritzvorganges bestimmten Auslöseimpuls ein Überwachungsimpuls mit von der Drehzahl abhängigem Scheitelwert entnehinbar ist. Venn der Üb erwachung s impuls einen der maximal zulässigen Drehzahl entsprechenden Pegel überschreitet, wird eine in der Überwachungseinrichtung vorgesehene elektronische Schutzschaltstrecke eingeschaltet und dabei die Auslösung weiterer Zünd- oder Einspidtzvorgänge blockiert. Dadurch, daß bei dieser bekannten Einrichtung die der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Amplitude ausgewertet wird, ergeben eich einerseits schaltungεtechnische Schwierigkeiten, die durch die Temperaturabhängigkeit der verwendeten Bauelemente sov.de durch Exemplar Streuungen bedingt sind, andererseits setzt die einwandfreie Funktion dieser Anordnung eine feste Beziehung zwischen Drehzahl und Amplitude des Impulses voraus. Bei der Verwirklichung dieser Einrichtung ergeben sich jedoch in dem letztgenannten Punkt Abweichungen, beispielsweise durch fertigungsbedingte Streuungen der Lufbspalte in einem derartigen Geber, Änderungen der Stärke des

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Generatorfeldes und andere veränderliche Störgrößen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher die Drehzahlbegrenzung ohne anfängliche oder laufende Justiere.rbeiten automatisch, bei der richtigen, gewünschten Drehzahl einsetzt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die von Signaireber abgegebenen Impulse oder von diesen abgeleitete Impulse einerseits direkt und andererseits über eine nonostabile Schaltstufe den Eingängen einer UND-Schaltung zugeführt sind und daß der Ausgang der UND-Schaltung mit einem Steuereingang eines in die Zuleitung der Impulse zur Zündeinrichtung eingefügten Schalters verbunden ist.

Der Vorteil der Erfindung besthet' darin, daß zur Drehzahlbegrenzung lediglich die zeitliche Lage der vom Signalgeber abgegebenen Impulse, also deren !Frequenz, nicht jedoch deren Amplitude herangezogen wird. !Ferner ist die Begrenzung unabhängig vom Schließwinkel des Unterbrechers.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Von diesen zeigt:

!Fig. 1 in schematischei Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Pig. 2 Spoimungs-Zeit-Diagrarane der bei der Anordnung nach i:.r. 1 auftretenden Impulse,

!Fig. 3 eine ausführlichere Darstellung der elektronischen, l'eile der Anordnung nach Ifig. 1 und

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Fig. 4- eine Anordnung zur Anzeige der Überschreitung der vorgegebenen Drehzahl.

Gleiche Teile sind in den !figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist bei "1 eine Brennkraftmaschine dargestellt, welche über eine Welle 2 mit einem Signalgeber 3 verbunden ist. Der Signalgeber 3 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein Unterbrecherkontakt, kann jedoch auch, ohne den Bahmen der Erfindung zu verlassen, aus einem elektromagnetischen, einem piezoelektrischen, optischen oder andererr Geber bestehen. Da der Kontakt des Unterbrechers 3 den Schaltungspunkt A zeitweilig mit Massepotential verbindet • und während der übrigen Zeit gum Schaltungspunkt A über den Widerstand 4- die Spannung der Stromquelle 5 gelangt, entsteht am Schaltungspunkt A eine in Fig. 2, Zeile A, daxgestellte Impulsfolge. An den Schaltungspunkt A ist ein Differenzierglied 6 angeschlossen, dessen Ausgang mit einer , ßchwellwerteinrichtung 7j beispielsweise einem Schmitttrigger» verbunden ist. Mit Hilfe der Einrichtungen 6 und 7 werden aus den vom Unterbrecher 5 erzeugten Rechteckimpulsen kurze Impulse mit defi&ierter Amplitude und Impulsbreite erzeugt. Die Ausgangsiagpttlse der ÄLfferenzderßchaltung 6 sind in. Seile B uoÄ die Ausgangsimpulse der ßchwellwerteinrichtung 7 i» Steile C der SIg. 2 dargestellt. Me in Zeile C dargestellten, ilapulse gelangen einerseits zu den einen Eingang einer ü3JD~Bclialtung 8 «ad andererseits über eine Schaltung 9 zur Polaa^itätsuinkehr zn einer weiteren Differenzierschaltung 10. Die Ausgangsspannungen der beiden letztgenannten Einrichtungen sind in den Zeilen D sowie E der Hg. 2 dargestellt.

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Kit den in Zeile Ξ dargestellten Impulsen wird ein monostabiler Kultivibrator 11 angesteuert. Die Zeitkonstante T2 des monostabilen Hulitivibrators 11, cilso diejenige Zeitspanne, v.'ährend der er im instabilen Zustand v/eilt, wird entsprechend den zeitlichen Abstand zwischen zwei Zündungen gewählt, v/elcher bei derjenigen Drehzahl auftritt, bei welcher die Begrenzung einsetzen soll.

Die Aiisgangssignale des monostabilen Kult!vibrators 11 werden dem weiteren Eingang der UND-Schaltung 8 zugeführt. Sie sind in Zeile F der Fig. 2 dargestellt. Ist die Breite T2 der bei F dargestellten Impulse !kleiner als die Perioden-dauer T1, ist also der monostabile Multivibrator 11 zu Beginn der bei C gezeigten Impulse bereits wieder in den stabilen Zustand zurückgekehrt, so tritt zwischen den Eingangsspannungen der MD-Schaltung 8 Koinzidenz auf. Der Ausgang der UlTD-Schaltung 8 ist über eine ITegationsstufe

12 mit einem Steuereingang eines elektronischen Schalters

13 derart verbunden, daß dieser nichtleitend ist, wenn an beiden Eingängen der UlTD-Schaltung Impulse anliegen. Tritt also keine Koinzidenz auf, so ist der Schalter 13 leitend, was zu einer ununterbrochenen Folge von Zündimp'ulcen führt. Die Zurdeinrichtung 1^- ist lediglich als Teil eines Blockschaltbildes angedeutet, welches mit einer Funkenstrecke 15 in Verbindung steht. Eine Ausführungsfoxiri für die Zündeinrichtung 14 ist später im Zusammenhang mit Fig. 3 genauer beschrieben.

In Fig. 2, Zeile G, ist die Aus gangs spannung der UlTD- Schal tui ig 8 dargestellt, für den Pa₁Il, bei den die Breite T2 des in Zeile Ϊ dargestellten Impulses kürzer als die Zeit Ϊ1 ist.

In Zeile C dex- Fig. 2 sind die am Ausgang der Schwellwert-

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einrichtung 7 anstehenden Inpulse für den Pail dargestellt, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 höher ist als diejenige Drehzahl, bei v/elcher die Begrenzung einsetzen soll. Da die Impulsbreite T2 des Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators 11 konstant bleibt, fällt jeder zweite der bei C dargestellten Inpulse zeitlich mit Ausgangsimpulsen des monostabilen Multivibrators 11, welche in Zeile F' dargestellt sind, zusammen. Diese Inpulse v/erden also zum Eingang der UlTD-Schaltung 8 übertragen, wodxirch >sich der bei G¹ gezeigte Verlauf der Ausgangsspamiung der UlTD-Schaltung ergibt. Diese Impulse gelangen über die rolaritätsumkehrstufe 12 zu dem Steuereingang des Schalters 13, welcher während der Dauer der bei G¹ gezeigten Impulse in "den nichtleitenden Zustand gerät, so daß jeder zweite Zündvorgang unterbunden wird, wodurch sich eine Begrenzung der Motordrehzahl ergibt.

Fig. 3 zeigt eine ausführlichere Darstellung der elektrischen Teile der Anordnung nach Fig. 1. Zur Inbetriebnahme wird die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 mit Hilfe des Schalters an die Fahrzeugbatteide 5 angeschlossen. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 (.Fig. 1) wird der Unterbrecher 3 laufend geschlossen und wieder geöffnet. Dadurch ergeben sich an dem mit A bezeichneten Schaltungspunkt die in Zeile A der Fig. 2 gezeigten Rechteckimpulse. Dl. bei mechanischen Unterbrecherkontakten in allgemeinen Prellstörungen auftreten, sind besondere Schalteaßnahmen zum. Erhalt eines sauberen Rechteckimpulses erforderlich. Diese bestehen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus deii Widerständen 21, 22 und 23 sowie aus den Dioden 24-, 25, 27 und der Zenerdiode 20, während die Zenerdiode 29 zur Stabilisierung der Betriebsspannung dient.

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Die Differnsierschaltung 6 (Pis· 1) ist mit Hilfe des Kondensators 30 und dem Widerstand 23 realisiert. Während der Schwellwertschalter 7 aus 5¹Xg. 1 aus den beiden Transistoren 32 und 33 besteht, deren Emitter mit Hassepotential und deren Kollektoren über je einen Widerstand 34 und 35 nit der Leitung 36 verbunden sind. Die Leitung 36 führt die für die Einrichtungen 7» 9? 10 und 11 erforderliche Betriebsspannung, welche mit Hilfe der Zenerdiode 37 und des Widerstandes 38 stabilisiert ist.

Damit der Transistor 32 im nichtleitenden Zustand ist, wenn am Schaltungspunkt B kein Impuls auftritt, ist ein Widerstand 39 zur Vorspannungsversorgung vorgesehen.

Der Ausgang C der Schwellwei'teinrichtung 7 wird von Kollektor des Transistors 33 gebildet.

An den Ausgang der SchwelIwerteinrichtung 7 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, einerseits ein Eingang der UlTD-Schaltung 8 und andererseits der Eingang der Kegationsstufe 9 angeschlossen. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 besteht die UIiD-Schaltung 8 aus den Dioden 40 und 41 in Verbindung nit dem Widerstand 42, ifobei die Kathode der Diode 40 mit dem Kollektor des Transistors 33 verbunden ist. Ebenfalls an den Kollektor des Transistors 33 ist ein aus den Widerständen 43 und 44 bestehenden Spannungsteiler angeschlossen, welcher die Verbindung zvm Transistor 45 darstellt. Der Transistor 45 dient als Polaritätsmakehrstufe 9·

Der Kollektorstrom des Transistors 45 fließt über die Widerstände 46 und 47. Der Spannungsabfall am Widerstand 47, dem ein Kondensator 48 parallelgeschaltet ist, wird vom Transistor 49 verstärkt und in seiner Polarität umgekehrt. Vom Kollektor des Transistors 49 werden Impulse abgenommen und zur

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eigentlichen Zündeinrichtung,welche mit einer gestrichelten Linie umrandet ist, geleitet. Die Auεgangsspannung des Transistors 45 wird über das aus dem Kondensator 50, dem Widerstand 51 und der Diode 52 bestehende Differiizierglied 10 zum Eingang E des monostabilen Hultivibrstors 11 geleitet. Die Diode 52 dient dazu, die Weiterleitung von negativen Spannungsspitzen, welche bei der Differentiation der Vorderflanken der bei D gezeigten Impulse entstehen^ zu verhindern. Der monostabile Hultivibrator 11 wird aus den Transistoren 53 und 54 gebildet, deren Kollektoren über die Arbeitswiderstände ^ und· 56 mit der Leitung 36 verbunden sind und deren Emitter gemeinsam über den Widerstand 57 ^an Hassepotential angeschlossen sind. Die Spannung des Kollektors des Transistors 54- ist über den aus den Widerständen 58 und 59 gebildeten Spannungsteiler zur Basis des Transistors 53 zurückgekoppelt, während ein Kondensator 60 als Kopplungsglied zwischen dem Kollektor des Transistors 53 und der Basis des Tiansistors 54- dient. Ein v/eiterer Widerstand 61 übernimmt die Vorspannungsversorgung des Transistors 54.

Der nonostabile Hultivibx-ator 11 befindet sich dann im stabilen Zustand, wenn der Transistor 53 gesperrt und der Transistor 54 leitend ist. Durch die bei E zugeführten Impulse gerät jedoch der Transistor 53 in den leitenden Zustand und steuert wiederum über die Kopplung durch den Widerstand 57 einerseits und durch den Kondensator 60 andererseits den Transistor 54· in den nichtleitenden Zustand. Dieser hält solange an, bis der Kondensator 60 umgeladen ist. Die Ausgangsspannung des monostabilen Multivibrators 11 wird vom Kollektor des Transistors 54 abgenommen und gelangt zur Kathode der Diode 41, welche Teil der UITD-Schaltung 8 ist.

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Besteht nun Koinzidenz zwischen der AusGangsspannung des monostabilen Hultivibratois 11 und der Ausgangssparmimg der Schwellwerteinrichtung 7> so entsteht an Schaltungspunkt G ein Impuls, welcher über eine Zenerdiode 62 der Steuerelektrode des Thyristors 63 zugeführt wird, wobei die Zenerdiode 62 eine über der Diode 4-1, den Transistor 5^ZK und dein Widerstand 37 abfallende Restspannung von der Steuer elektrode des Thyristors 63 fernhält.

Der Thyristoi 63 übernimmt die Funktion des in Fig. 1 dargestellten Schalters 13· Er ist jedoch nicht wie der Schalter 13 in Fig. 1 als Lärigsglied zwischen den Schaltimgs punkt D und die Zündeinrichtung 14 geschaltet, sondern verbindet den Schaltungspunkt 64 mit Hassepotential, wodurch eine I¹UnI'tion der Zündeinrichtung 14 verhindert wird. Der widerstand 65 dient zur Festlegung eines nichtigen Euhepotentials der Steuerelektrode des Thyristors Gj?, währen ein dem Widerstand 65 parallelger.chaltetei· Kondensator Störinpulse verhinderet.

Zur Auslösung des I'\irJieri.uborschlags in der Funkens trecke v/ird der Zündkondensator 67 über den als Entladeschalter dienenden Thyristor 68 und. die Primärwicklung Zr) der Zündspule 70 entladen. Der dabei an der Selamdäruicklung 71 der Zündspule 70 entstehende Hoehsparmungsstoß verursacht dann schließlich den erwünschten Überschlag. An der Entladestrecke der Zündkerze 15·

In folgenden wird, die Ansteuerung des Thyristors 68 beschrieben. Ein am Kollektor des Transistors 49 entstehender positiver Potentialsprung verursacht über die Diode 7^· sowie den Widerstand 75 einen Stromfluß, der an dem Wider-

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stand 75 einen Spannungsabfall hervorruft. Über den Differenzierkondensator 77 sowie die Widerstände 7& 85 setzt ein Ladestromfluß ein, v/obei die am Widej stand

85 abfallende Spannung die Steuerelektrode des Thyristors 63 soweit positiv vorspannt, daß der Thyristor 68 leitend wi:.-d. Dabei wird der Kondensator 67 über die Prinärwieklur.;:~ 69 äos Zündtransformator« 70 schlagartig entladen und in der-Sekundärwicklung ^τ]'\ ein Hochspannungsstoß induziert, der an der Zündkerze 15 einen elektrischen Überschlag zur Entflar.-ITiUn-; ei es durch den Kolben im Zylinder der Bremiki-af tnaschire kompi-imie r t eη Kraf t s to Γf lixf ΐgeni sehe s hervo r ruf t.

Der Kondensator CA hält Stö rangen von der Steuerelektrode des Thyristors 68 fern. Die Diode 82 ermöglicht eine schnelle Entladung des Dirfereinziex'kondensators 77-

Der im Zündzeitpunlct durch Öffnen des Unterbrechers 3 ku.rK-zeitic an Kollektor'dos Transistors 49 auftretende lotentialspi-uiifj bewirkt außer der Auslösung des Zündvorö'S-n.^es auch gleichzeitig die Einleitung der, Leid g vor ganges äes Zündkorclorusatorr. 67· Von Kollektor öca Transistors ¹V-) ^elangt niinlich der I-ο ten tial sprung über die Diode 93 und den Widerstand 92 an c.ie Basis den Transistoj-s 86, wodurch die Basis Gegenüber dt-n Emitter derart weit positiv vorgespannt v/ird, daß die Eniitterkollektorstrecke des Transistors

86 in den leitenden Zustand gelangt. Über die Primärwicklung 88 des Ladekondensators 87 sowie über die Primärwicklung 102 des Steuertransformators 105 setzt in Folge der mit der Primärwicklung 102 induktiv gekoppelten Rückführungswicklung 10'!- ein zunehmender Stromfluß ein. Die dabei in der Hückführuncr,v;icklung 104 ine uziorte ebenfalls zunohriende Spannung verursacht Π bor die Diode 105 und über den Wie erstand 103 einen Spannungsabfall der 2iach Abklingen dos

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rotentialssp?j-unges an Kollektor des Transistors 4-Γ die Kollektor-Emitter-Strecke des !Transistors 86 weiterhin in leitenden Zustand hält.

Der Steuertransfonaator 103 weist außer der Sekundäivicklung 1O'4 noch eiiB zweite Sekundärwicklung 107 auf, v;elche nit der Sekundärwicklung 104 in Reihe geschaltet ist. Steigt die Spannung an den beiden Sekundärwicklungen 10'I-, 107 zusammen über einen vorgegebenen Viert, so wird ein von einen weiteren Thyristor gebildeter Hilfsschalter 9^ über den Spannungsteiler 95 und 96 in den leitenden Zustand gebracht, wodurch die Gekundäi spannung des Steuertransionnators 103 kurzgeschlossen wird. Dieses hat ein abruptes Absinken der Steue!'spannung des Transistors 86 zur PoIge, wodurch wiederum den" Prinärstronkreis des Lade.transforraators 87 unterbrochen wird. In der Sekundärwicklung 89 des Ladetransfo3>inators 87 wird dann ein Spannungsstoß induziert, der über den Gleichrichter 98 und die Parallelschaltung aus der Primärwicklung 69 der Zündspule 70 und der Diode 99 den Kondensator 67 für den nächsten Zündvorgang auflädt.

Die Diode 90 verhindert es, daß die Steuerstrecke des Thyristors 9'^; von einen Strom in unerwünschter Richtung beaufschlagt wird, während der Kondensator 91 Störiiupulse von dieser Steuerstrecke fernhält. Der Kondensator 97 hält Dtöriripulse von der Basis des Transistors 86 fern.

Dadurch, daß der Thyristor 63 bei Überschreitung der Grenzdrehzeh], leitend wird, wird eine Aufladung des Kondensators 67 für den nächsten Zündvorgang verhindert.

Fxg. 4- neigt eine weitere Ausführur>Gsfori:i der Erfindung, bei

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welcher ein Überschreiten der Grenzdrehzahl durch einen Blinkgeber 119 angezeigt wird. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4- kann an die Punkte C und ϊ¹ der bisher beschriebenen Schaltung angeschlossen werden. Die Dioden 110 und 111 sowie der Widerstand 112 bilden eine der IMD-Schaltung 8 entsprechende Schaltung. Bei Überschreiten der Grenzdrehzahl entstehen an Schaltungspunkt 113 die in Zeile G' der JFig. 2 gezeigten Impulse, welche über die Zenerdiode 114- zu einem aus dem Widerstand 115 und einem Kondensator 116 bestehenden Integrierglied geleitet werden. Bei Vorhandensein der Impulse an Schaltungspunkt 113 entsteht an der Steuerelektrode des Thyristors 117 eine Gleichspannung, wodurch der Thyristor 117 leitend wird und den Blinkgeber 119 j welcher zwischen Ilassepotential und dem auf Batteriespannung liegenden Schaltungspunkt 118 angeordnet ist, einschaltet.

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Claims (3)

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   Ansprüche

   ( 1 J Anordnung zur Drehzahlbegrenzung von Brennkraftmaschinen, bei v/elcher von einem mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Signalgeber Impulse zur Steuerung der Zündung abgegeben v/erden und bei Überschreiten der höchstzulässigen Drehzahl die Zuleitung der Impulse zur Zündeinrichtung unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Signalgeber (3) abgegebenen oder von diesen abgeleiteten Impulse einerseits direkt und andererseits über eine monostabile Schaltstufe (11) den Eingängen einer UlTD-Schaltung (8) zugeführt sind und daß der Ausgang der UtID-Schaltung (8) mit einem Steuereingang eines in die Zuleitung der Impulse zur Zündeinrichtung (14) eingefügten Schalters (13) verbunden ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Signalgeber (3) abgegebenen Impulse über eine Differenzierschaltung (6) und einen Schwellwertschalter (7) dem einen Eingang der TJlTD-Schaltung (8) zugeführt sind, daß der Ausgang des Schwellwertschalters (7) ferner über eine ITegationsschaltung (9) mit einem Differenzierglied (10) verbunden ist, an dessen Eingang der Ausgang eines

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   monostabilen Multivibrators (11) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des monostabilen KuItivibrators nie den anderen Eingang der VSiTD-Schaltung (S) verbunden ist.
3. 3. Anordnung zur Anzeige des Überschreitens einer vorgegebenen Drehzahl einer Brennkraftmaschine, bei welcher

   . von einem mit der 'Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber Impulse zur Steuerung der Zündung abgegeben v/erden und bei überschreiten der höchstzulässigen Drehzahl die Zuleitung der Impulse zur Zündeinrichtung unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Signalgeber (3) abgegebenen oder von diesen abgeleiteten Impulse einerseits direkt und andererseits über eine monostabile Schaltstufe (11) den Eingängen einer !MD-Schaltung (8) zugeführt sind und daß der Ausgang der UKD-Schaltung (8), gegebenenfalls über ein Integrierglied, mit der Steuerelektrode eines in Reihe mit einer Anzeigevorrichtung (119) liegenden Schalters (117) verbunden ist.

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