DE2405382A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen mit einem magnetzuender - Google Patents

Description

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

BOBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetzünder

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetzünder, dessen Zündanker zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und mit einer Zündspule, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit einer Zündkerze verbunden ist und deren Primärwicklung an eine zum Zündzeitpunkt den PrimärStromkreis öffnende Unterbrechereinrichtung angeschlossen ist.

Bei derartigen Zündanlagen ist es erforderlich, im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zum Zündzeitpunkt einen Zündfunken an der Zündkerze der Brennkraftmaschine zu erzeugen,

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indem der Strom in der Primärwicklung der Zündspule durch die elektronische oder mechanische Unterbrechereinrichtung unterbrochen und dadurch in der Sekundärwicklung ein Hochspannungsimpuls induziert wird. Brennkraftmaschinen mit geringem Zylindervolumen erbringen dabei ihre volle Leistung erst bei- sehr hohen Drehzahlen. Solche Maschinen mit hohem Leistungs-Gewichtsverhältnis werden bevorzugt für tragbare Geräte wie Baumsägen, Hackgeräte, Sprühgeräte, Bootsmotoren und dergleichen verwendet. Durch zu hohe Drehzahlen besteht jedoch vor allem bei neuen, noch nicht eingelaufenen Motoren die Gefahr, daß sich die Kolben der Maschinen festfressen.

Zur Vermeidung von zu· hohen Drehzahlen ist es bekannt, Zündanlagen mit Dreh:;ahlbegrenzungsmitteln auszurüsten, die zum Beispiel als mechanische Fliehkraftschalter auf die Unterbrechereinrichtung einwirken. Derartige Drehzahlbegrenzungsmittel sind wegen ihres mechanischen Aufbaus sehr aufwendig und störanfällig, sie unterliegen ferner einem Materialverschleiß und arbeiten inssondere für hochtourig laufende Maschinen zu ungenau.

Elektronische Drehzahlbegrenzungsmittel sind bei Kondensator-Zündanlagen bekannt (DT-OS 1 954 874), die von einem Magnetgenerator versorgt werden. Der Kondensator wird bei diesen bekannten Lösungen beim Erreichen einer bestimmten Höchstdrehzahl der Maschine nicht mehr aufgeladen bzw. vorzeitig entladen. Die Zündenergie wird hierbei über einen parallel zum Kondensator liegenden Schaltkreis abgeleitet, so daß zum Zündzeitpunkt in ihm keine Energie mehr gespeichert ist und auf diese Weise die Zündung aussetzt.

Diese Lösung läßt sich bei einer Magnetzündanlage nicht verwenden, weil dort die Zündenergie nicht in kapazitiver Form in einem Kondensator, sondern kurzzeitig in der Zündspule in Form von magnetischer Energie gespeichert wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für Magnetzündanlagen geeignete Drehzahlbegrenzung zu finden, die wartungs- frei und mit hoher Genauigkeit arbeitet und die auch noch nachträglich an vorhandene MagnetZündanlagen anzubringen ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß parallel zur Unterbrechereinrichtung einerseits die Schaltstrecke eines elektronischen Schaltelementes und andererseits ein mit einer Diode in Reihe geschalteter, vom Magnetzünder über diese Diode aufladbarer Kondensator angeordnet ist, in dessen Entladestromkreis ein Widerstand und die Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes liegt.

Eine Verbesserung der Schaltgenauigkeit des elektronischen Schaltelementes zur Begrenzung der Drehzahl läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch erzielen, daß im Steuerstromkreis dieses elektronischen Schaltelementes eine Zenerdiode angeordnet ist, die den Kondensator von der Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes abkoppelt, sobald die ander Zenerdiode liegende Spannung die Zenerspannung unterschreitet.

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

Fig. 1 eine MagnetZündanlage mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Drehzahlbegrenzung,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf verschiedener Spannungs- und Stromwerte dieser Zündanlage und

Fig. 5 zeigt eine an dem in Fig. 1 gezeigten Magnetzünder anzuschließende elektronische Schaltung zur Drehzahlbegrenzung mit einer andersartigen Steuerschaltung.

Fig. 4 zeigt die entsprechenden Spannungs- und Stromwerte dieser Zündanlage.

In Fig. 1 ist das Schaltbild einer MagnetZündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, die von einem

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Magnetzünder 10 versorgt wird. Der Magnetzünder 10 besteht aus einer umlaufenden Schwungscheibe 11, in dem ein Dauermagnet 12 und zwei ihn einfassende Polschuhe 13 eingelassen sind, welche bis zum Außenumfang der Schwungscheibe 11 reichen. Die Polschuhe IJ wirken mit einem am Gehäuse der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordneten Zündanker 14 zusammen, dessen U-förmiger Eisenkern 15 als Zündspule wirkende Wicklungen 16 und 17 trägt. Die kleine innenliegende bildet dabei die Primärwicklung 16 und die große, außenliegende die Sekundärwicklung 17. Primär- und Sekundärwicklung sind mit einem Anschluß B der elektronischen Schaltung sowie mit Masse verbunden. Der Hochspannungsanschluß der Sekundärwicklung 17 ist über ein Zündkabel 18 mit einer Zündkerze 19 verbunden, deren Außenelektrode ebenfalls aif Masse liegt. Das andere Ende der Primärwicklung 16 ist mit dem Anschluß A der elektronischen Schaltung verbunden.

Zwischen den Anschlüssen A und B liegt eine elektronische Unterbrecher einrichtung 20. Sie enthält einen selbstgesteuerten oder fremdgesteuerten Transistor, der zum Zündzeitpunkt den in der Primärwicklung 16 fließenden Strom unterbricht. Parallel zu dieser Unterbrechereinrichtung 20 ist einerseits die Schaltstrecke eines Thyristors 21 und andererseits ein mit einer Diode 22 in Eeihe geschalteter, vom Magnetzünder 10 über diese Diode 22 aufladbarer Kondensator 23 angeordnet. Der Thyristor 21 bildet dabei das elektronische Schaltelement zur Drehzahlbegrenzung und er ist anodenseitig am Anschluß B und kathodenseitig gemeinsam mit der Anodenseite der Diode 22 am anderen Anschluß A der Schaltung angeschlossen. Die Steuerelektrode 21a des Thyristors 21 liegt über eine Zenerdiode 24- an einen Verbindungspunkt C zwischen der Diode 22 und dem Kondensator 23. Die Steuerstrecke des Thyristors 21 liegt somit im Entladungsstromkreis des Kondensators 23- Ferner liegt ein einstellbarer Widerstand 25 im Entladestromkreis des Kondensators 23, indem er zwischen dem einen Anschluß des Kondensators 23 und dem Anschluß B der Schaltung angeordnet ist. Die Diode 22 ist zur Aufladung des Kondensators

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23 für solche Spannungshalbwellen des Magnetgenerators 10 in Durchlaßrichtung beansprucht, die zu den von der Unterbrechereinrichtung 20 zur Zündung ausgenutzten Spannungshalbwellen entgegengesetzte Polarität haben. Parallel zu dieser Diode liegt ein weiterer Entladewiderstand 26. Eine zur Diode 22 entgegengesetzt gepolte, weitere Diode 27 liegt parallel zu der aus dem Kondensator 23 und der Diode 22 gebildeten Reihenschaltung.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage wird im folgenden mit" Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Strom- und Spannungsverläufe der Zündanlage näher erläutert. Auf der Achse ω t-, ist der Primärstrom Ip der Zündanlage aufgetragen, auf der Achse 6ütp ist die Primärspannung Up aufgetragen und auf der Achse CJt-, ist die Spannung Uc und der Strom Ic am Kondensator 23 aufgetragen. Bewegt sich der Dauermagnet 12 der Schwungscheibe 11 in Richtung des Pfeiles unter den Enden des Eisenkernes 15 hindurch, so wird in diesem Eisenkern durch die Zunahme des magnetischen Flusses eine erste Spannungshalbwelle induziert, welche die Diode 22 in Durchlaßrichtung beansprucht. Es fließt nun ein Ladestrom Ic, wobei sich die Kondensatorspannung Uc aufbaut. Der Stromkreis wird über den Stellwiderstand 25 geschlossen. Mit dem Abklingen der ersten Spannungshalbwelle beginnt sich nunmehr der Kondensator 23 zu entladen. Solange die Kondensatorspannung Uc größer ist als die Zenerspannung Uz der Zenerdiode 24, fließt der Entladestrom über die Zenerdiode 24, die Steuerstrecke des Thyristors 21, über die Primärwicklung 16 des Magnetzünders 10 und den Stell-' widerstand 25. Der Thyristor 21 wird dadurch in den stromleitenden Sustand gehalten. Beim Unterschreiten der Zenerspannung Uz kann die weitere Entladung des Kondensators 23 nur noch über den Entladewiderstand 26 erfolgen. Bei den zulässigen Drehzählen der Brennkraftmaschine ist die Entladung des Kondensators 23 bis zur Zenerspannung Uz in einer Zeit T erfolgt,

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die nicht über den mit X bezeichneten Beginn der zweiten, zur Zündung verwendeten Spannungshalbwelle hinausreicht. Der Thyristor 21 wird daher so rechtzeitig wieder gesperrt, daß er diese zweite Spannungshalbwelle und den davon durch die Unterbrechereinrichtung 20 getriebenen Primärstrom Ip beeinflussen kann. Zum Zündzeitpunkt Zzp wird dieser Primärstrom Ip durch die Unterbrechereinrichtung 20 schlagartig unterbrochen. Dabei wird in der Primär- und Sekundärwicklung ein Spannungsimpuls induziert, der an der Zündkerze 19 einen Zündfunken auslöst. Diese zweite Spannungshalbwelle hat auf den Kondensator 23 keine Auswirkung, da sie über die Diode 27 abgeleitet wird. Da sie negativ ist, bleibt sie auch an der Steuerelektrode 21a des Thyristors 21 ohne Wirkung.

Da mit steigender Drehzahl die Amplitude der praktisch unbelasteten, ersten Spannungshalbwelle proportional ansteigt, wird auch der Kondensator 23 mit zunehmender Drehzahl auf eine höhere Spannung Uc^raufgeladen. Die^.ist in Fig. 2 auf der Achse OJ t-, gestrichelt angedeutet ./b is zur Zenerspannung Uz erforderliche Zeit zur Entladung des Kondensators 23 wird folglich langer. Beim Erreichen der zulässigen Höchstdrehzahl ist die Entladezeit T¹ nunmehr so groß geworden, daß sie über den Beginn der zweiten Spannungshalbwelle der Primärspannung Up hinausreicht. Die Zenerspannung Uz wird zu einem Zeitpunkt erreicht, in dem bereits der Primärstrom Ip in positiver Eichtung zu fließen beginnt. Dieser Strom fließt nunmehr über die Schaltstrecke des Thyristors 21, so daß auch nach dem Sperren der Zenerdiode 24 der Thyristor 21 im stromleitenden Zustand bleibt. Der Primärstrom Ip wird folglich von der Unterbrechereinrichtung 20 nicht mehr unterbrochen. Da die vom Dauermagneten 12 in der Sekundärwicklung 17 erzeugte Induktionsspannung jedoch allein nicht zur Erzeugung eines Zündfunkens an der Zündkerze 19 "ausreicht und zusätzlich durch die kurzgeschlossene Primärwicklung gedämpft wird, setzt nunmehr die Zündung vollständig aus. Erst wenn die Höchstdrehzahl der-Brennkraftmaschine unterschritten wird, setzt die Zündung in der vorher beschriebenen

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Weise wieder ein. Der Thyristor 21 sperrt nun wieder .rechtzeitig, so daß der Primärstrom zum Zündzeitpunkt durch die Unt erbr e chereiririchtung 20 wieder unterbrochen werden kann.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehzahlbegrenzung ist in Fig. 3 dargestellt. Die gezeigte elektronische Schaltung wird mit ihren Anschlüssen A und B an einen Magnetgenerator■angeschlossen, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Der Magnetgenerator soll jedoch im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zunächst eine zur · Erzeugung eines Zündfunkens verwendete Spannungshalbwelle und anschließend eine zur Drehzahlbegrenzung ausgenutzte zweite Spannungshalbwelle entgegengesetzter Polarität erzeugen. Dies ist durch eine entsprechende Umpolung des Dauermagneten bzw. der Primärwicklungsanschlüsse möglich. Die elektronische Unterbrechereinrichtüng 20 liegt auch hier zwischen den beiden Anschlüssen A und B. Parallel zur Unterbrechereinrichtung 20 liegt auch hier die Schaltstrecke des Thyristors 21 einerseits und der Kondensator 23 mit der dazu in Eeihe geschalteten Diode 22 andererseits. Die Diode 22 ist auch hier ariodenseitig mit "dem Anschluß A der Schaltung verbunden. Der im Steuerstromkreis des Thyristors 21 angeordnete einstellbare Widerstand 25a liegt jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Kondensator 23 und der Steuerstrecke des Thyristors 21. Er ist einerseits am Verbindungspunkt C zwischen dem Kondensator 23 und der Diode 22 und anderseits am Kathodenanschluß der Zenerdiode 24 angeschlossen. Diese Zenerdiode 24- ist anodenseitig.mit einer weiteren Diode 28 in Reihe geschaltet, welche ' kathodenseitig mit der Steuerelektrode 21a des Thyristors verbunden ist. Ein weiterer Entladewiderstand 26 liegt auch hier parallel zur Diode 22.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Zündanlage wird im folgenden mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Strom- und

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Spannungsverläufe beschrieben. Der Verlauf des Primärstromes Ip der Zündanlage ist auf der Achse t-, dargestellt, der Verlauf der Primär spannung Up auf der Achse tp und der Verlauf der Spannung und des Stromes am Kondensator 23 ist auf der Achse %-, dargestellt. Durch die vorerwähnte andere Polung des Magnetzünders wird zunächst eine Spannungshalbwelle induziert, die über die Unterbrechereinrichtung 20 einen hohen Primärstrom Ip treibt. Die Unterbrechereinrichtung 20 schließt dabei die Primärwicklung praktisch kurz, so daß nur eine geringe Primärspannung Up auftritt. Im Zündzeitpunkt Zzp hat der Primärstrom Ip seinen Scheitelwert erreicht und die Unterbrechereinrichtung 20 wird durch eine Selbststeuerung oder durch eine Fremdsteuerung plötzlich geöffnet. Der Primärstrom Ip wird dadurch unterbrochen und erzeugt eine schlagartige Änderung des Magnetfeldes im Zündanker des Magnetzünders. Dadurch wird in der Primärwicklung und in der Sekundärwicklung ein Spannungsimpuls induziert und der zur Zündung erforderliche Zündfunken an der Zündkerze erzeugt. Nach dem Abklingen der ersten Spannungshalbwelle folgt eine zweite, entgegengesetzt gerichtete Spannungshalbwelle, welche von der Unterbrechereinricbtung 20 nun nicht mehr kurzgeschlossen wird. Die Primärspannung Up nimmt folglich bei ihrer zweiten Halbwelle relativ hohe Werte an. Um den Zündanker durch diese hohen Spannungen nicht zu gefährden, werden die negativen Spannungshalbwellen gedämpft - beispielsweise durch eine gestrichelt angedeutete Diode 29 und einem dazu in Reihe geschalteten Widerstand JO zwischen den Anschlüssen A und B. Beim Auftreten dieser Spannungshalbwelle fließt über die Diode 22 ein Ladestrom zum Kondensator 23» so daß dieser nunmehr aufgeladen wird. Sobald die Kondensatorspannung Uc die Zenerspannung der Zenerdiode 24 überschreitet, gelangt sie über die Diode 28 auf die Steuerelektrode 21a des Thyristors 21. Über die Schaltstrecke des Thyristors 21 fließt jedoch kein Strom, da die negative Spannungshalbwelle der Primärspannung Up den Thyristor 21 in Sperr-Richtung beansprucht. Nach dem

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Abklingen dieser zweiten, negativen Spannungshalbwelle der Primärspannung Up entlädt sich nun der Kondensator 23 sowohl über den Entladewiderstand 26 als auch über den einstellbaren Widerstand 25a, die Zenerdiode, die Diode 28 und über die Steuerstrecke des Thyristors 21. Der Thyristor 21 ist nun leitend und gelangt erst nach einer Zeit T wieder in den Sperrzustand, da die Kondensatorspannung Uc erst nach dieser Zeitspanne unter die Zenerspannung Uz der Zenerdiode abfällt. Die restliche Entladung des Kondensators 23 erfolgt wiederum über den Entladewiderstand 26.

Die Zeit T, innerhalb der/Thyristor 21 stromleitend ist, hängt ab von dem Scheitelwert der Kondensatorspannung Uc sowie von der Zeitkonstante des EntladeStromkreises, der im wesentlichen durch den verstellbaren Widerstand 25a bestimmt wird. Da bei zunehmenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine der Kondensator 23 auf eine höhere Spannung Uc aufgeladen wird, wird bei gleicher Zeitkonstante des Entladestromkreises die Zeit T mit steigenden Drehzahlen größer. Beim Erreichen der zulässigen Höchstdrehzahl ist die Zeit T so groß geworden, daß der Thyristor noch leitend ist, wenn nach einem Umlauf des Dauermagneten erneut die erste Halbwelle des Primärstromes Ip zu fließen beginnt. Dieser Primärstrom fließt nunmehr über die Schaltstrecke des Thyristors 21 und kann folglich nicht mehr durch die Unterbrechereinrichtung 20 zum Zündzeitpunkt abgeschaltet v/erden. Die Zündung setzt folglich aus. Erst wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine unter ihrem zulässigen Höchstwert abfällt, ist der Thyristor 21 beim Auftreten der ersten Halbwelle des Primärstromes Ip wieder in seinen Sperrzustand zurückgekehrt, die Unterbrechereinrichtung 20 wird nunmehr wirksam und die Zündung setzt erneut ein.

Auf der Achse t, ist dargestellt, daß der Kondensator 23 auch durch die erste Spannungshalbwelle·des Magnetzünders

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geringfügig aufgeladen' wird. Er hat sich Jedoch im unteren Drehzahlbereich noch vor Beginn der zweiten, entgegengesetzt gerichteten Spannungshalbwelle über die Diode 22 entladen. Da sich diese Vorladung des Kondensators 23 im oberen Drehzahlbereich unter Umständen nachteilig auf die Genauigkeit der Drehzahlbegrenzung auswirken könnte, ist es gegebenenfalls zweckmäßig, diese Vorladung durch eine gestrichelt angedeutete, zum Kondensator 23 parallel geschaltete Diode zu verhindern.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise der Magnetzünder andersartig ausgebildet sein. Auch kann die elektronische Unterbrechereinrichtung 20 durch.einen nockengesteuerten mechanischen Unterbrecher ersetzt sein. Erfindungswesentlich ist Jedoch, daß eine im Magnetzünder erzeugte, zur Zündung Jedoch nicht verwendete Spannungshalbwelle zur Ansteuerung eines als Drehzahlbegrenzungsmittel verwendeten elektronischen Schaltelementes dient, welches parallel zur Unterbrechereinrichtimg liegt, wobei die Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes ein EC-Glied aufweist. Anstelle des Thyristors 21 können dabei auch andere steuerbare Halbleiterelemente wie zum Beispiel Transistoren verwendet werden.

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Claims (1)

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Ansprüche

l.jZündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetzünder, dessen Zündanker zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und mit einer Zündspule, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit einer Zündkerze verbunden ist und deren Primärwicklung an eine zum Zündzeitpunkt den Primärstromkreis öffnende Unterbrechereinrichtung angeschlossen ist, dadurch, gekennzeichnet, daß parallel zur Unterbrechereinrichtung (20) einerseits die Schaltstrecke eines elektronischen Schaltelementes (21) und andererseits ein mit einer Diode (22) in Reihe geschalteter, vom Magnetzünder (10) über diese Diode aufladbarer Kondensator (23) ■angeordnet ist, in dessen Entladestromkreis ein Widerstand (25) und die Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes (21) liegt.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerstromkreis des elektronischen Schaltelementes (21) eine Zenerdiode (24) angeordnet ist.

5. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des Kondensators (23) die mit ihm in Reihe liegende Diode (22) für solche Spannungshalbwellen in

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Durchlaßrichtung "beansprucht ist, die zu dem zur Zündung ausgenutzten Spannungshalbwellen entgegengesetzte Polarität haben.

4. Zündanlage nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Diode (22) ein weiterer Entladewiderstand (26) liegt.

5. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Steuerstromkreis angeordnete Widerstand (25) zwischen dem Kondensator (25) "und dem einen Anschluß (B) des Zündankers (14) liegt.

6. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Steuerstromkreis angeordnete Widerstand (25a) zwischen dem Kondensator (23) und der Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes (21) liegt.

7- Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Steuerstromkreis liegende Widerstand (25) einstellbar ist.

8. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinrichtung (20) ein

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gesteuerter Transistor und das dazu parallelgeschaltete elektronische Schaltelement (21) ein Thyristor ist.

9. Zündanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (21) anodenseitig am einen Anschluß (B) und kathodenseitig gemeinsam mit der Anodenseite der Diode
(22) am anderen Anschluß (A) des Magnetzünders (10) angeschlossen ist.

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