DE2833223A1

DE2833223A1 - Kontaktfreie zuendvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2833223A1
Application number: DE19782833223
Authority: DE
Inventors: Minoru Kato; Masao Nagasawa
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1977-07-30
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1979-02-08
Also published as: GB2002056A; US4184467A; GB2002056B; JPS5427635A

Description

Nippondenso Co., Ltd., Kariya-shi, Aichi-ken, Japan

Kontaktfreie Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine kontaktfreie Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Permanentmagnetgenerator als elektrische Quelle.

Um die Leistung der Maschine zu erhöhen, erfolgt in herkömmlicher Weise eine Zündvorstellung mit der Zunahme der Drehzahl der Maschine, beispielsweise unter Verwendung eines Permanentmagnetgenerators als elektrische Quelle, mit dem jedoch nur eine fortlaufende Zündvorstellung erreicht werden kann.

Bei einer Zündvorrichtung mit fortlaufender Zündvorstellung hat sich jedoch die Schwierigkeit einer übermässigen Zündvorstellung im Bereich hoher Drehzahl herausgestellt, die zu einer Überhitzung der Maschine führen kann.

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Um- diese Schwierigkeit zu überwinden, wird durch die vorliegende Erfindung eine kontaktfreie Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine geliefert, bei der ein flach ansteigendes Zeitsteuersignal und ein steil ansteigendes Hilfssignal erzeugt werden, so dass ein Hilfsthyristor durch das Hilfssignal durchgeschaltet wird, um einen Hauptthyristor, der in Reihe zum Hilfsthyristor geschaltet ist, durch das Zeitsteuersignal durchzuschalten, und bei der ein Widerstand, der den Hilfsthyristor durchgeschaltet hält, parallel zum Hauptthyristor geschaltet ist, so dass der Zündzeitpunkt im Bereich hoher Drehzahl durch das Hilfssignal gesteuert werden kann, um eine übermässige Zündvorstellung im Bereich hoher Drehzahl zu vermeiden, und so dass gleichfalls im Bereich niedriger Drehzahl der Hilfsthyristor durchgeschaltet gehalten werden kann, bis der Hauptthyristor durchgeschaltet ist, um eine Fehlzündung zu vermeiden.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Zündvorrichtung.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Spannungswellenformen an den verschiedenen Teilen der Vorrichtung zur Erläuterung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Zündvorstellung bei einer herkömmlichen und der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 4 zeigt das elektrische Schaltbild des Hauptteiles eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung.

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Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, weist das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung einen becherförmigen Rotor 1 und einen ringförmigen Hauptmagneten 2 auf, der an der Innenfläche des Rotors 1 befestigt ist und in der in der Zeichnung dargestellten Weise abwechselnd in Nordünd Südpolarität magnetisiert ist, so dass sich zwölf Magne,tpole ergeben, die in gleichen Abständen angeordnet sind. Ein ringförmiger Statorkern 3 ist an seinem Aussenumfang mit zwölf vorspringenden Teilen 3a bis 31 versehen, wobei jeder der vorspringenden Teile 3d bis 31 in radialer Richtung kürzer als die jeweils benachbarten vorspringenden Teile 3a bis 3c ausgebildet ist. Der äusserste Teil der vorspringenden Teile 3a bis 31 ist dem Hauptmagneten mit annähernd dem gleichen Kreisumfang zugewandt. Im Inneren des Statorkerns 3,und zwar dort, wo die vorstehenden Teile 3g bis 3i den drei vorspringenden Teilen 3a bis 3c gegenüberliegend ausgebildet sind, befindet sich eine Aussparung 3m. Spulenwicklungen 4 für Lampen, die eine elektrische Energiequelle bilden, sind um alle kürzeren vorspringenden Teile 3d bis 31 gewickelt und in Reihe zueinander geschaltet. Ein U-förmiger Steuerkern 5 befindet sich in der Aussparung 3m in derselben Ebene wie der Statorkern und ist an einer Seitenwand einer Brennkraftmaschine befestigt. Eine Hauptsignalspule 6 ist auf den mittleren Teil des Steuerkerns 5 gewickelt, während ein ringförmiger Magnet 7 für die Steuerung des Zündzeitpunktes so magnetisiert ist, dass er vier Magnetpole mit Nord-, Süd-, Süd- und Südpolarität in dieser Reihenfolge aufweist, die sich im gleichen Abstand voneinander befinden, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Eine Lochplatte 8, die an der Kurbelwelle der Maschine durch nicht dargestellte Bolzen befestigt ist, ist am Aussenumfang an dem Permanentmagneten 7 zur Steuerung des Zündzeitpunktes befestigt. An der Lochplatte 8 ist gleichfalls der Rotor 1 durch nicht dargestellte Nieten befestigt. Ein Abnehmer 20 für Hilfssignale ist an einer Seitenwand der Brennkraftmaschine befestigt, und weist

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einen axial magnetisierten Permanentmagneten 20a, zwei Spulenkerne 20b, die jeweils am oberen und am unteren Ende des Magneten 20a befestigt sind,und Hilfssignalspulen 22 auf, die auf beide Spulenkerne 20b gewickelt sind und in Reihe zueinander geschaltet sind. Mit 21 ist ein Vorsprung aus einem magnetischen Material bezeichnet.

An der dem Vorsprung 21 zugewandten Stelle befinden sich beide Spulenkerne 20b, so dass dann, wenn der Vorsprung 21 den Spulenkernen 20b zugewandt ist, ein Ausgangssignal in der Hilfssignalspule 22 erzeugt wird, das einen in kurzer Zeit steil ansteigenden Teil aufweist, wie es durch eine ausgezogene Linie in Fig. 2d dargestellt ist. Den Kondensator aufladende Spulen 9 sind um die längeren vorspringenden Teile 3a, 3b und 3d gewickelt und in Reihe zueinander geschaltet. Eine Diode 10 zum Kurzschliessen der Halbwelle bei umgekehrter Polarität ist parallel zu der Kondensatorladespule 9 geschaltet. Mit 11, 12 und 18 sind jeweils Gleichrichterdioden bezeichnet,mit 13 ist ein Hauptthyristor bezeichnet, während 14 einen Kondensator bezeichnet. Mit 15 ist eine Zündspule bezeichnet, die eine Primärspule 15a und eine Sekundärspule 15b aufweist. Mit 16 ist eine Zündkerze bezeichnet, die mit der Sekundärseite der Zündspule 15 verbunden ist und in einem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Quer über die Steuerelektrode und die Kathode eines Hilfsthyristors 24 ist die Hilfssignalspule 22 geschaltet. Ein Widerstand 17 leitet einen Haltestrom und ist quer über die Anode und die Kathode des Hauptthyristors geschaltet. Sowohl der Hauptmagnet 2 als auch der Steuermagnet 7 sind Permanentmagnete .

Im folgenden wird die Arbeitsweise des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Bei jeder Umdrehung der Brennkraftmaschine führen die Lochplatte 8 und der Rotor 1 in die Richtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeiles eine Umdrehung aus, so dass der magnetische Fluss

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des Hauptmagneten 2 bewirkt, dass die Kondensatorladespulen 9 und die Lampenspule 4 eine Ausgangswechselspannung mit sechs Zyklen bei einer Umdrehung erzeugen, wie sie in Fig. 2a dargestellt ist, so dass der magnetische Fluss des Steuermagneten 7 bewirkt, dass die Hauptsignalspule 6 eine vergleichsweise breite Ausgangsspannung, d.h. mit anderen Worten, eine Spannung erzeugt, deren Anstiegswinkel mit zunehmender Drehzahl der Maschine zunimmt, wie es in Fig. 2b dargestellt ist, und so dass der Vorsprung 21 bewirkt, dass die Hilfssignalspule 22 in der in Fig. 2d dargestellten Weise eine Ausgangswechselspannung mit einem steilen Anstiegswinkel in einem Zyklus pro Umdrehung erzeugt, wobei der Anstiegspunkt hinter der Hauptsignalspule 6 in einen Bereich verzögert ist, in dem wenigstens ein Teil des Signals sich mit der Hauptsignalausgangs spannung überlappt. Wenn die durch die Kondensatorladespule 9 erzeugte Spannung in positive Richtung unter einem Winkel θ.. ansteigt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, lädt die Kondensatorladespule 9 den Kondensator 14 mit ihrem Ausgangssignal schrittweise über die Diode 11 _f den Kondensator 14, die Primärspule 15a der Zündspule 15 und Masse auf.

Wenn bei niedriger Drehzahl der Maschine eine positive Spannung durch die Signalspule 6 mit einem Anstiegswinkel θ~ erzeugt wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, und gleichfalls eine positive Spannung durch die Hilfssignalspule 22 mit einem Anstiegswinkel ©₅ erzeugt wird, wie es gleichfalls in Fig. 2 dargestellt ist, fliesst ein Strom durch die Hilfssignalspule 22, die Diode 12, den Weg zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Hilfsthyristors 24, so dass dann, wenn die Ausgangsspannung der Hilfssignalspule 22 die Auslösespannung des Hilfsthyristors 24 erreicht, der Thyristor 24 durchgeschaltet wird. In diesem Fall ist der Hilfsthyristor so angeordnet, dass der durch den Kondensator 14 geladene Strom vom Kondensator 14 über den Widerstand 17, den Hilfs-

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thyristor 24 und die Primärspule 1 5a der Zündspule 15 fliesst, wodurch der Hilfsthyristor im durchgeschalteten Zustand gehalten wird, selbst wenn das Steuersignal nicht mehr am Hilfsthyristor 24 liegt. Dazu ist der Widerstandswert des Widerstandes 17 so bestimmt, dass selbst nach dem Verschwinden des Steuersignals des Hilfsthyristors 24 ein kleinster Haltestrom sichergestellt ist, der den Anoden-Kathodenweg leitend hält. Das hat zur Folge, dass der Kondensatorentladestrom so klein ist, dass eine Hochspannung in der Sekundärspule der Zündspule 15 erzeugt wird und dass die Spannung des aufgeladenen Kondensators 14 nicht absinken kann, um den Zündfunken herabzusetzen, bis der Hauptthyristor 13 durchgeschaltet wird.

Die positive Spannung der Hauptspule 6, die mit einem Anstiegswinkel θ~ erzeugt wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, bewirkt, dass ein Strom durch die Hauptsignalspule 6, die Diode 18, den Weg zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Hauptthyristors 13, dem Anoden-Kathodenweg des Hilfsthyristors 24 an Masse fliesst, so dass dann, wenn die Ausgangsspannung der Hauptsignalspule 6 mit dem Anstiegswinkel Θ- in Fig. 2 erzeugt wird und den Auslösepegel für den Thyristor 13 erreicht, der Hauptthyristor 13 über den Kondensator 14, den Hauptthyristor 13, den Hilfsthyristors 24, Masse und die Primärspule der Zündspule 15 durchgeschaltet wird, um den Kondensator 14 abrupt zu entladen. Das hat zur Folge, dass eine Hochspannung in der Sekundärspule der Zündspule induziert wird, was das Auftreten eines Zündfunkens an der Zündkerze 16 bewirkt. Die Diode 24a dient dazu, die Dauer des Lichtbogens zu verlängern.

Bei einer hohen Drehzahl der Maschine nimmt der Anstiegswinkel der Ausgangssignalwelle der Hauptsignalspule 6 allmählich mit zunehmender Drehzahl der Maschine zu, so dass der Zündzeitpunkt mit zunehmender Drehzahl vom Winkel Θ- in Fig. zum Winkel Θ, vorgestellt wird. Da dann, wenn der Zünd- - g -

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Zeitpunkt zum Winkel θ₃ vorgestellt ist, der Anstiegswinkel· der Äusgangssignalwelle der Hilfsspule 22 unabhängig von der Drehzahl der Maschine so steil ist_r dass das Ausgangssignal der Hilfssignalspule 22 kein Durchschalten des Hilfsthyristors 24 bewirkt, wird der Zündzeitpunkt nicht vorgestellt und wird ein stationärer Zündzeitpunkt bei einer höheren Drehzahl der Maschine erhalten, wie es durch eine ausgezogene Linie in Fig. 3 dargestellt ist. Der obige Arbeitsvorgang erfolgt einmal bei einer Umdrehung der Maschine, so dass der Zündfunken, der im Verdichtungshub an der Zündkerze erzeugt wird, das verbrennbare Gemisch zündet, um die Brennkraftmaschine zu betreiben.

In Fig. 3 ist in einer unterbrochenen Linie die Zündvorstellung bei einer.herkömmlichen Einrichtung dargestellt.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, befindet sich ein Abnehmer 20' für niedrige Drehzahlen, der in seinem Aufbau mit dem Hilfssignalabnehmer 20 identisch ist, um etwa 30° hinter dem Hilfssignalabnehmer 20 in Drehrichtung und ist die Signalspule 22' des Abnehmers 20^r über die Diode 12^f mit der Steuerelektrode des Thyristors verbunden, so dass ein Ausgangsspannungssignal erzeugt wird, das durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 2d dargestellt ist. Das hat zur Folge, dass dann, wenn die Drehzahl der Maschine unter einen vorbestimmten Wert fällt, das Ausgangssignal der Signalspuie 22' bewirkt, dass der Thyristor 13 am Winkel θ_&- leitend wird, so dass der Zündzeitpunkt im Bereich niedriger Drehzahl unter einem vorbestimmten Wert festliegt, wie es durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt die Kathode des Hauptthyristors 13 an der Anode des Hilfsthyristors 24, wobei die Kathode des Hilfsthyristors 24 an Masse liegt, so dass

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ein Ende der Hauptssignalspule 6 an Masse liegt. Das hat zur Folge, dass das Ausgangssignal der Hauptsignalspule 6 zwischen der. Steuerelektrode und der Kathode des Hauptthyristors 13 liegen kann und ein einfacher Aufbau der Hauptsignalspule 6 erzielt wird.

Fig. 4 zeigt einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Anode des Hauptthyristors 13 an der Kathode des Hilfsthyristors 24 liegt und die Hauptsignalspule 6 zwischen die Steuerelektrode und die Kathode des Hauptthyristors ohne den dazwischen befindlichen Anoden-Kathodenweg des Hauptthyristors 13 geschaltet ist. Bei dem obigen Aufbau kann die Reihenfolge der Schaltung des Hauptthyristors 13 und des Hilfsthyristors 24 freier bestimmt werden, als es bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Fall ist und nimmt die an der Steuerelektrode des Hauptthyristors 13 von der Hauptssignalspule anliegende Spannung aufgrund des Spannungsabfalles in Vorwärtsrichtung des Hilfsthyristors 24 nicht ab, so dass die durch die Hauptssignalspule 6 erzeugte Spannung klein sein kann, um einen kompakteren Aufbau zu erzielen.

Da bei dem oben beschriebenen Ausführur.gsbeispiel das Ausgangssignal der Hilfssignalspule 22 und das Signal der Hauptsignalspule 6 kombiniert den Zündfunken verursachen, kann dann, wenn das Signal der Hilfsspule 22 einmal bei jeder Umdrehung der Maschine erzeugt wird, eine Vielzahl von Signalen, die von der Hauptsignalspule 6 bei jeder Umdrehung der Maschine erzeugt werden, dazu verwandt werden, einen einzigen Zündfunken bei jeder Umdrehung der Maschine zu erhalten. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel steuert die das veränderliche Signal für den Zündzeitpunkt erzeugende Einrichtung aus dem Steuersignalkern 5 und der Signalspule 6, die um den Steuersignalskern 5 gewickelt ist, den Hauptthyristor 13-

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Ein Transformator zum Umkehr der Phase der Halbwelle, die derjenigen Halbwelle entgegengesetzt ist, die durch die Kondensatorladespule 9 erzeugt wird, um diese an die Steuerschaltung des Hauptthyristors 13 zu legen, oder eine Zenerdiode, die dann leitet, wenn das Ausgangssignal in Richtung der Kondensatoraufladung oder in die entgegengesetzte Richtung über einen vorbestimmten Wert zunimmt, können jedoch gleichfalls verwandt werden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine elektromagnetische Einrichtung aus einem Permanentmagneten 20a und einer Hilfssignalspule 22 als Hilfssignalabnehmer verwandt, dieser kann jedoch auch aus einer Leuchtdiode und einem Fototransistor oder ähnlichem bestehen.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurde die erfindungsgemässe Ausbildung auf eine kontaktfreie Kondensatorzündvorrichtung mit einem Permanentmagnetgenerator als elektrischer Quelle angewandt, sie kann jedoch auch auf eine kontaktfreie Kondensatorzündvorrichtung angewandt werden, die über eine Batterie versorgt wird.

Wie es im Obigen beschrieben wurde, umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Einrichtung, die ein veränderliches Signal für den Zündzeitpunkt erzeugt, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, deren Anstiegswinkel mit zunehmender Drehzahl der Maschine zunimmt, einen Hilfssignalabnehmer, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die einen steilen Anstiegswinkel aufweist und die hinter dem veränderlichen Signal für den Zündzeitpunkt ansteigt, so dass die Ausgangsspannung des Hilfssignalabnehmers bewirkt, dass der Hilfthyristor durchschaltet und so dass dann, wenn eine Ausgangsspannung,die über der Zündspannung des Hauptthyristors liegt, erzeugt wird, der Hauptthyristor durchschalten In einem vorbestimmten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine kann somit das Aus-

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gangssignal der für einen veränderlichen Zündzeitpunkt sorgenden Einrichtung bewirken, dass der Zündzeitpunkt mit zunehmender Drehzahl der Maschine vorgestellt wird, wobei ein übermässiges Vorstellen des Zündzeitpunktes in einem Bereich hoher Drehzahl durch das Ausgangssignal des Hilfssignalabnehmers verhindert werden kann, um somit wirksam eine überhitzung der Maschine zu verhindern.

Da weiterhin der Hauptthyristor und der Hilfsthyristor in Reihe geschaltet sind, wobei der Stromhaltewiderstand parallel zum Hauptthyristor geschaltet ist, hält selbst dann, wenn das Steuersignal nur für eine kurze Zeitdauer anliegt, der Haltestrom, der durch den obigen Widerstand fliesst, den Hilfsthyristor im durchgeschalteten Zustand, bis der Hauptthyristor durchgeschaltet wird, so dass bei einer niedrigen Drehzahl sichergestellt werden kann, dass der Hilfsthyristor durchgeschaltet ist, um dadurch sicher eine Fehlzündung zu vermeiden, und so dass eine kompakte steile Signale erzeugende Spule als Hilfssignalabnehmer verwandt werden kann. Aufgrund der stellen Ausgangssignale des Hilfssignalabnehmers .kann der Zündzeitpunkt im Bereich hoher Drehzahl in vorteilhafter Weise unabhängig von der Drehzahl der Maschine konstant gehalten werden.

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Claims

Dr. F.-Zumstein sen. - Dr E Aesmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-mg. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

800O München 2 ■ Bräuhausstraße 4-"Telefon Sammel-Nr. 225341 ■ Telegramme Zumpat · Telex 529979

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Nippondenso Co., Ltd., Kariya-shi, Aichi-ken, Japan

Kontaktfreie Zündvorrichtung für eine Brennkraf traaschine

PATENTANSPRÜCHE

XJ Kontaktfreie Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine elektrische Quelle, eine Entladeschaltung mit einem Kondensator, der mit der elektrischen Quelle verbunden ist, um durch das Ausgangssignal der elektrischen Quelle aufgeladen zu werden, mit einem Hauptthyristor, der mit dem Kondensator, mit einem Hilfsthyristor und der Primärspule einer Zündspule verbunden ist, wobei die Entladeschaltung den am Kondensator geladenen Strom dann, wenn beide Thyristoren durchgeschaltet sind, über die Primärspule der Zündspule entlädt, durch eine Zündkerze, die mit der Sekundärspule der Zündspule verbunden ist, um Zündfunken aufgrund der Hochspannung zu erzeugen, die über der Sekundärspule erzeugt wird, durch einen Widerstand, der parallel zum Hauptthyristor geschaltet ist, um einen Haltestrom zu leiten, durch eine ein veränderliches

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ORIGINAL !NSPECTED

Signal für den Zündzeitpunkt erzeugende Einrichtung, die mit dem Steuerschaltkreis des Hauptthyristors verbunden ist, einen Drehwinkel der Brennkraftmaschine erfasst und ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Anstiegswinkel mit zunehmender Drehzahl der Maschine zunimmt und durch einen Hilfssignalabnehmer, der mit dem Steuerschaltkreis des Hilfsthyristors verbunden ist, einen Drehwinkel der Brennkraftmaschine erfasst und eine Ausgangsspannung erzeugt, die einen steilen Anstiegswinkel aufweist und hinter dem veränderlichen Signal für den Zündzeitpunkt ansteigt, sowie wenigstens teilweise die Ausgangsspannung des veränderlichen Signals für den Zündzeitpunkt überlappt.
2. Kontaktfreie Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Kathode des Hauptthyristors an der Anode des Hilfsthyristors liegt, so dass beide Thyristoren in Reihe geschaltet sind, wobei die Kathode des Hilfsthyristors an Masse liegt, und dass die das veränderliche Signal für den Zündzeitpunkt erzeugende Einrichtung und der Hilfssignalabnehmer jeweils an ihren einen Enden an Masse liegen -und mit jedem Steuerschaltkreis der Thyristoren über Masse verbunden sind.
3. Kontaktfreie Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die das veränderliche Signal für den Zündzeitpunkt erzeugende Einrichtung mit dem Steuerschaltkreis des Hauptthyristors verbunden ist, ohne über den Anoden-Kathodenweg des Hilfsthyristors angeschlossen zu sein.

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