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Eingangs schaltung für einen
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elektronischen Drehzahlmesser Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltuna
für einen elektronischen Drehzahlmesser, mit einer von den Zündimpulsen einer Brennkraftmaschine
getriggerten monostabilen Kippschaltung, vorzugsweise in integrierter Schaltungsausführung,
und einem nachgeschalteten Zeigerinstrument.
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Elektronische Drehzahlmesser sind bekannt; sie bestehen aus einem
stromempfindlichen Zeigerinstrument mit verhältnismäßig großer Trägheit, welches
in entsprechender Weise in gewünschtem Drehzahlmaßstab geeicht ist und einer diesem
Zeigerinstrument vorgeschalteten elektrischen Schaltung. Diese Schaltung ist so
ausgebildet, daß sie dem Zeigerinstrument, welches beispielsweise ein Drehspulinstrument
sein kann, einen Strom so zuführt, daß der Ausschlag des Zeigers des Anzeigeinstruments
proportional ist zur jeweiligen Drehzahl einer Brennkraftmaschine, der der elektronische
Drehzahlmesser zugeordnet ist. Zur Erzeugung des drehzahlproportionalen Stroms,
welches dem Anzeigeinstrument zugeführt wird, benutzt die dem Anzeigeinstrument
vorgeschaltete elektrische bzw. elektronische Schaltung die Zündimpulse, die drehzahlsynchron
sind und wandelt diese bevorzugt mittels einer monostabilen Kippschaltung in Impulse
vorgegebener Dauer um.
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Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die monostabile Kippschaltung,
die in neuester Zeit bevorzugt als integrierter Baustein ausgebildet ist, von den
Zündimpulsen getriggert wird, deren Wiederholungsfrequenz unmittelbar ein Maß für
die Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt.
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Diese Zündimpulse, die am Primärteil der Zündspule abgegriffen werden,
weisen einen erheblich komplizierten Kurvenverlauf über der Zeit auf, wobei jeder
einzelne "Zündimpuls" eine Mehrzahl von Impulsspitzen und Schwingvorgängen umfaßt.
Darüber hinaus
kann auch noch die Bordnetzspannung von erheblichen
Störimpulsen überlagert und verseucht sein, es ist daher bei einem elektronischen
Drehzahlmesser erforderlich, die den Triggereingang der Kippschaltung zugeführten,
aus den Zündimpulsen abgeleiteten Triggerimpulse so aufzubereiten, daß Störeinflüsse
vermieden werden, eine wiederholte Triggerung der Kippschaltung durch den gleichen
"Zündimpulsspannunysverlauf" vermieden wird, andererseits jedoch sichergestellt
ist, daß jeder Zündimpuls eine Triggerung der Kippschaltunq bewirkt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Eingangsschaltung
für den eingangs genannten elektronischen Drehzahlmesser und besteht erfindungsgemäß
darin, daß eine Eingangsspannungsteilerschaltung aus zwei Widerständen vorgesehen
ist, daß der Verbindungspunkt der Widerstände über eine Zenerdiode mit dem Triggereingang
der Kippschaltung verbunden ist und daß parallel zum Triggereingang gegen Masse
ein Kondensator geschaltet ist.
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Die Eingangs schaltung für einen elektronischen Drehzahlmesser muß
bestimmten Anforderungen genügen; denn der elektronische Drehzahlmesser darf auf
Impulse unterhalb einer vorgegebenen Schwelle nicht ansprechen; es muß sichergestellt
sein, daß sich wiederholende Impulsspitzen bei einem einzigen Zündspannungsverlauf
nicht zu wiederholten Triggerungen des Kippglieds führen
sofern
dieses zu einer solchen Triggerung erneut nach Rückkippen in seinen stabilen Zustand
wieder bereit ist7 rund es dürfen kurze Störimpulse nicht zu einer wahllosen Triggerung
des Kippglieds führen. Sämtlichen diesen Forderungen genügt die erfindungsgemäße
Eingangsschaltung, mit welcher der eigentliche elektronische Teil des Drehzahlmessers
angesteuert wird.
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Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen näher erläutert; dabei zeigen: Figur
1 den schaltungsmäßigen Aufbau eines elektronischen Drehzahlmessers mit Eingangsschaltung
und Figur 2 den Kurvenverlauf eines primärseitigen Zündimpulses an der Zündspule.
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Der in Figur 1 dargestellte elektronische Drehzahlmesser umfaßt drei
wesentliche Hauptschaltungsteile, nämlich die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete
Eingangsschaltung, das Kippglied 2 in monostabiler Ausführung und das Zeigerinstrument
3, welches die von dem Kippglied 2 ausgangsmäßig gelieferte Impulsfolge konstanter
Impulsdauer, jedoch sich mit der Frequenz der Zündimpulse Endernder Frequenz zur
Anzeige ausnutzt. Auf den genauen Aufbau der
monostabilen Kippschaltung
2 und des Zeigerinstruments 3 sowie der entsprechenden Beschaltung braucht imgrunde
nicht genauer eingegangen zu werden, da solche Systeme und auch ihre jeweilige Zuordnung
für sich gesehen bekannt sind. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß die monostabile
Kippschaltung 2 bevorzugt als integrierte Schaltung (sogenannter IC) ausgebildet
ist und über einen Triggereingang 4 verfügt, dem in der Frequenz der Zündimpulse
entsprechender Ab folge Triggerimpulse von der Eingangsschaltung 1 zugeführt sind.
Jeder Triggerimpuls kippt die'monostabile Kippschaltung 2 für einen vorgegebenen,
konstanten Zeitraum in ihren metastabilen Zustand. Die Kippschaltung ist so ausgelegt,
daß sie aus diesen Zustand auf jeden Fall vor Eintreffen des nächsten Zünd-Triggerimpulses
wieder zurückgekehrt ist, und zwar auch bei den höchsten, hier auftretenden Frequenzen.
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Am Ausgang 5 der monostabilen Kippschaltung 2 ergibt. sich dann eine
Ausgangsimpulsfolge von sich ändernder Frequenz, jedoch mit konstanter Impulsdauer,
die bei diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar dem Meßinstrument 3 zugeführt ist,
welches ausreichend träge ausgebildet ist und die zugeführte Impulsfolge zu einem
konstanten Zeigerausschlag verarbeitet.
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Die Zündimpulse gelangen eingangsmäßig von der Eingangsklemme 6 auf
eine Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen R1 und R2 gegen Masse, wobei
in Reihe mit der Spannungsteilerschaltung R1, R2 noch ein Kondensator C2 geschaltet
ist; gegebenenfalls kann
auch noch in Reihe hierzu ein einstellbarer
Wiederstand R4 vorgesehen sein. An dem Verbindungspunkt P1 der Wiederstände R1 und
R2 ist die Kathode einer Zenerdiede Z1 angeschlossen, die mit ihrer Anode am Träggereingang
4 der monostabilen Kippschaltung 2 liegt. Gegen Masse oder gegen Minnsleitung 8
sind dann noch vom Triggereingang 4 ein Kondensator C1 und parallel zu diesem ein
Wiederstand R3 geschaltet.
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Zum besseren Versändnis der Wirkungsweise der Eingangschaltung 1 ist
es zweckmäßig, zunächst den in Figur 2 gezeigten typischen Verlauf eines Zündspannungsimpulses
kurz zu erläutern.
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Der Figur 2 gezeigten Zündspannungsimpuls ergibt sich am Primäranschluß
der Zündspule, wobei zum Zeitpunkt t0 der Unterbrocher öffnet. Durch das Öffnen
des Unterbrechers wird jedocj der Stromfluß nicht sofort unterbrochen, sondern bis
zum Zeitpunkt t1 ergibt sich die Funkendauer an der Zündkerze. Der Spannungsverlauf
der Kurve A zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 entspricht einer abklingenden Schwingung,
die dadurch entstcht, daß der primäre Teil der Zündspule mit dem Löschkondensator,
der über dem Unterbrecher liegt, einen Schwingkreis bildet. Es entstehen se Spannungsverläufe
mit stark abnehmender Amplitude und es ist die erste Zündspannungsspitze, die mit
A1 bezeichnet ist, die zur Triggerung der monostabilen Schaltung 2 ausgenutzt werden
soll.
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Zum Zeitpunkt t1 reißt der Funke an der Zündkerze ab und es kommt
zu
einem typischen Ausschwingvergang der etwa bis zum Zeitpunkt t2 andauert. Zwischen
t2 bis t3 liegt am entsprechenden Kontakt der Zündspule dann die positive Bordenspannung
an; zum Zeitpunkt t3 schließt der Unterbrocherkontakt wieder und as fließt ein entsprechender
Strom in der Primärteil der Zündspule. Größernordnungsmäßig kann die erste positive
Halbschwingung A 1 eine Amplitude bis zu 100 V and darüber erreichen; die Frequenz
des Schwingungsverlaufs zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 liegt bei etwa 5- 100
Khz. Die Amplitude des Ausschwingvorganges nach Abreißen des Zündfunkens vom Zeitpunkt
t1 an ist merklich schwacher; die Frequenz dieser sich anschließenden Schwingung
liegt bei etwa 2 KHz.
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Die Wiederstandsverteilung im Spannungsteiler R1, R2 ist so getreffen,
daß am Punkt P1 von der ersten Halbschwingung A1, die zur Triggerung herangezogen
wird, mit Sicherheit ein Potential aufgebaut werden kann, welches die gegen- oder
Sperrspannung der Zenerdiode Z1 überwindet, so daß die Kippschaltung 2 getriggert
werden kann. In numerischen Zahlen ausgedrückt würde dies beduten, daß der Wiederstand
R1 beispielsweise zwischen 7 bis 19 mal so groß sein sollte wie der Widerstand R2,
so daß die Halbamplitude A 1 am Punkt P1 ein Potential von etwa 10 V bildet. Nimmt
man an, daß die Zenerdiode eine Sperraspannung von beispielsweise 7 V hat, dann
gelangt eine Triggerspannung von 3V auf den Eingang 4 des monostanbilen Kippschalters
2 und triggert diese.
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Es wird audrücklich darauf higewiesen, daß diese numerischen Zahlenangaben
lediglich beispielshaft gelten und angegeben wenden zur Erleichterung des Verständnisses
des getroffenen Schaltungsaufbaus. Durch die Spannungsteilerschaltung werden daher
an der Eingangsklemme 6 eingehenden Spannungen, die eine wesentlich geringere Spannung
als die positive Halbamplitude A1 aufweisen, schon unterdrüct und eliminiert, so
daß sichergetellt ist, daß die Kippehaltung 2 nur auf die erste positive Amplitude
A1 (und gegebenenfalls auf einige nachfolgende mit entsprechend hohem Spannungspotential)
ausprechen kann. Da aber die erste Halbamplitude A1 die monostabile Kippschaltung
2 schon in ihren Metastabilen Zustand kippt, sind die nachfolgenden, rasch abklingenden
Schwingungen ohnehin ohne Bedeutung, da die Schaltung zu diesem Zeitpunkt inaktiv
ist und nicht ausprechen kann.
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Die mit dem Schaltungspunkt P1 verbundenen Zenerdiode Z1 dient zum
Abheben der Triggerspannung der nachgeschalteten intogrierten Schaltung, wie aus
der vorhergehenden Erläuterung schon deutlich wurde, so daß es zu einer Einengung
des Ansprechspannungsbereichs des monostabilen Kippgliedes 2 kommt.
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Spannungen, die kleiner als die Sperrspannung der Zenerdiode Z1 sind,
gelangen nicht auf den triggereingang 4 des Kippgliedes 2.
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Außerdem werden durch die Zenerdiode Z1 Toleranzen der Widerstände
zum großen Teil kompensiert. Von besonderer Bedeutung
ist außerdem,
daß dise Zenerdiode Z1 den Temperaturgang der Eingangsspannung des monostabilen
Kippgliedes in Form der integrierten Scxhaltung kompensiert.
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Auch der Kondensator C1 las Ableitkeondensator hat mehrer Aufgaben
zu erfüllen : so ist er zunächst so ausgelegt, daß die Ausprechempfindlichkeit der
Schaltung bei kurzen Störimpulsen verringert wird, da er bei berhältnismäßig hohen
Frequenzen, die größer als 15 KHz sind, nur noch einen relativ niedrigen Wiederstand
aufweist. Das bedeutet, daß Störimpulse, die frequenzmäßig oberhalb des Frequenzbandes
liegen, welches von dem Zündspannungskervenverlauf der Figur 2 erzeugt wird, durch
diesen Kondensator ausgeschaltet werden.
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Außerdem kompensiert dieser kondensator aber auch die Sperrschichtkapazität
der zenerdiode. Diese Sperrsichtkapazität wirkt sich so aus, daß Störimpulse sehr
hoher Frequenz unabhängig von ihrer Amplitude von der Zenerdiode Z1, und zwar wegen
ihres Kapazitätverhaltens, übertragen werden können, die dann aber von dem Kondensator
C1 karzgeschlossen werden.
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Der widerstand R3 parallel zu Kondensator C1 macht die Schaltung im
wesentlichen unabhängig von möglicherweise wechselnden Eingangswiederständen des
Kippgliedes 2, da sein Wiederstandswert wesentlich kleiner ist als der Eingangswiederstand
des Kippglieds.
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Es ist daher möglich, mit einer eindeutigen Spannungsbelastung bei
der Dimensionierung der Schaltung zu rechenen.
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Der vor den Spannungsteiler R1, R2 geschaltete Kondensator C2 bewirkt
durch seinen frequenzbhängigen Wiederstand schließlich, daß die Empfindlichkeit
gegenüber der beim Funkenabriß, dh.
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zum Zeitpunkt t1 entstehenden S9hwingung geringer ist, als die Empfindlichkeit
der Schaltung bezüglich der Frequenz, die beim Öffnen des Unterbrechers, also zum
Zeitpunkt t0, entsteht. Da, wie weiter vorn schon erwähnt, die zum Zeitpunkt t1
entstehende Schwingung eine geringere Frequenz aufweist, ist auch der Viderstand
des Kondensators C2 größer, so daß, insbesondere bei hohen Zylinderzahlen, also
bei kleinen iiio-nostabilen Impulsen weniger die Gefahr einer Doppeltriggerung entsteht.
Ist eine Frequenz unabhängigkeit der Eingangs schaltung erwünscht, dann kann der
Kondensator C2 weggelassen werden.
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Ist das Zündspannungserzeugersystem bekannt, an welches der elektronische
Drebzaltinesser mit seiner Eingangs schaltung angeschlossen wird, dann können die
Widerstände R1 und R2 von vornherein so kalibriert werden, daß dn Erfordernissen
Rechnung getragen wird; ist dies nicht der Fall, d.h. soll eine Anpassung an beliebige
Systeme möglich sein, dann ist noch der in Figur 1 dargestellte Trimmerwiederstand
R4 vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung sichert die Einhaltung eines definierten
Störspannungsabstandes und die eirntandfreie Triggerung des monostabilen Kippgliedes.
Dieses ist durch eine Zusatzschaltung 9 mit Umschalter im übrigen so ausgebildet,
daß eine
Anpassung an verschidene Zylinderzahlen der Brennkraftmaschine
möglich ist.
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L e e r s e i t e