DE2906473C2

DE2906473C2 - Funkengeber, insbesondere Zündfunkengeber mit großem Betriebsspannungsbereich

Info

Publication number: DE2906473C2
Application number: DE2906473A
Authority: DE
Inventors: Manfred 8510 Fürth Jörg
Original assignee: Pruefrex Elektro Apparatebau GmbH
Current assignee: Pruefrex Elektro Apparatebau GmbH
Priority date: 1979-02-20
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1983-04-14
Also published as: SE8001290L; DE2906473A1; US4327310A; SE448927B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Funkengeber mit Stromtriggerung, insbesondere Zündfunkengeber, bei dem durch einen Triggerimpuls ein elektrischer Schalter den Strom in der Primärspule der Zündspulenanordnung unterbricht. In Heizanlagen jeglicher Art mit chemischen Energieträgern, wie Gas, Benzin, Dieselöl od. dgl., dienen die dabei in der Sekundärspule erzeugten Hochspannungsimpulse als Zündfunken, die zwischen in das brennbare Medium hineinragenden Elektroden überspringen.

In der Haustechnik finden meist netzbetriebene Streutranstormatoren Verwendung, während im mobilen Bereich, also bei Heizaufgaben in Kraftfahrzeugen, Booten, Caravans und Wohnmobilen, die nicht die Abwärme des Antriebsaggregats nutzen (Standheizun- ⁶" gen), aus dem Bordnetz zu speisenden Zündfunkengeber benötigt werden.

Neben den bekannten mechanischen Zerhackerschaltungen, mit nach dem Prinzip des Wagnerschen Hammers arbeitenden Unterbrechern, werden wegen ^b> der Störanfälligkeit, der geringen Standzeit und des benötigten hohen Fertigungsaufwandes, sowie der zusätzlichen Hochfrequenzstörstrahlung dieser Systeme, heutzutage meist elektronische Unterbrecherschalter verwendet, die als selbstgesteuerte sogenannte freischwingende Sperrwandler, oder auch als nach Art eines astabilen Multivibrators tremdgestei'.erte Sperrwandler ausgebildet sein können. Von diesen selbstotler fremdgesteuerten elektronischen Schalteranordnungen gibt es eine Vielzahl von Abwandlungen und Spezialausführungen. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die DE-OS 14 57 116 verwiesen.

Ailen diesen Anlagen ist ein Betriebsverhalten gemein, welches gekennzeichnet ist durch eine starke Abhängigkeit der Ausgangsspannung U_z und der Funkenenergie Wf von der jeweiligen Batteriespannung oder sonstigen Versorgungsspannung LV- Dies hat zur Folge, daß man für den Einsatz in den üblichen Bordnetzen von 12 V bzw. 24 V Betriebsspannung jeweils eine besondere angepaßte Ausführung des Funkengebers benötigt. Darüber hinaus ergibt sich aus dieser starken Abhängigkeit der Kennlinien für die Ausgangsspannung und die Funkenenergie in Abhängigkeit von der Batteriespannung, daß gerade im Unterspannungsbereich, der im Winterbetrieb wegen ausgekühlter und geschwächter Batterien besonders wichtig ist, infolge geringerer Stromaufnahme die Ausgangsspannung und in noch stärkerem Maße die Funkenenergie zurückgeht. Der Zusammenhang ist in erster Näherung proportional zwischen Batteriespannung und Ausgangsspannung und quadratisch zwischen Batteriespannung und Funkenenergie. Das kann in Extremfällen bedeuten, daß eine zu geringe Ausgangs-Zündspannung und/oder eine zu geringe Funkenenergie vorhanden ist um eine Entflammung zu ermöglichen, so daß letztendlich die Heizanlage nicht funktionieren kann. Schließlich ist es bei den bekannten Funkengebern auch noch nachteilig, daß — dies gilt insbesondere für die fremdgesteuerten Funkengeber — im Überspannungsbereich eine hohe Verlustwärme durch Sättigungseffekte in der Erregerwicklung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Funkengeber zu schaffen, der für beide Betriebsspannungsbereiche von 12 V und 24 V gleichermaßen geeignet ist und darüber hinaus die vorstehend geschilderten Nachteile vermeidet, die durch die in Fahrzeugen zulässigen Spannungsschwankungen von jeweils plus/minus 25% der Nennspannung verursacht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Funkengeber der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen Stromcomparator, der kontinuierlich den Strom in der Primärspule überwacht und bei Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes einen Steuerimpuls zur Ansteuerung einer den Triggerimpuls abgebenden Konstantstromquelle erzeugt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele sowie der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 den qualitativen Verlauf der Ausgangsspannung und der Funkenenergien-Abhängigkeit von der Betriebsspannung bei den vorbekannten Systemen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen stromgetriggerten Funkengebers,

Fig. 3 ein konkretes Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Funkengebers und

Fig. 4 ein Diagramm des qualitativen Verlaufs von Ausgangsspannung und Funkenenergie in Abhängigkeit von der Batteriespannung bei Verwendung eines

erfindungsgemäßen Funkengebers.

Aus dem Diagramm in F i g. 1 erkennt man die starke Abhängigkeit der Ausgangsspannung U₂ und der Funkenenergie W₁ in Abhängigkeit von der Betriebsspannung Übst bei den bisherigen Systemen, was zum einen zur Folge hat, daß für die Betriebsspannungsbereiche Ul und U 2 (beispielsweise 12 V und 24 V) unterschiedliche Zündfunkengeber btiiötigt werden. Darüber hinaus erkennt man, daß auch noch bei jedem derartigen Zündfunkengeber wegen der starken Batte- >o riespannungsabhängigkeit erhebliche Funktionsstörungen auftretcii können, da derartige Zündfunkengeber grundsätzlich so beschaffen sein müssen, daß sie auch bei den zulässigen Versorgungsspannungsschwankungen von plus/minus 25% der Nennspannung noch zufriedenstellend arbeiten.

Bei dem in Fig.2 in Form eines Blockschaltbildes dargestellten Zündfunkengeber fließt beim Anlegen der Plus- und Minusleitung an die gleichnamigen Pole einer nicht dargestellten Batterie Strom über die Verpolschutzeinrichtung 1 und lädt den Kondensator 2, der als Pufferelement und Hochfrequenzfilter dient auf. Parallel dazu fließt der Strom über einen Shunt 3, die Primärspule der Zündspulenanordnung 4 und den durchlässig geschalteten Halbleiterschalter 5 zur Stromquelle (Batterie) zurück.

Durch die Induktivität der Primärspule wird der Stromwert zunächst Null im Einschaltaugenblick sein und dann nach einer Expotentialfunktion ansteigen. Am Shunt 3 wird hierdurch ein proportionaler Spannungsabfall erzeugt, der im Stromcomparator 6 mit einem vorgegebenen Spannungswert verglichen wird und bei Überschreiten dieses Sollwertes ein Schaltsignal auslöst. Dieses Schaltsignal setzt die vorzugsweise durch eine monostabile Kippstufe gebildete Impulsschaltung 7 zur Abgabe eines einzigen Impulses definierter Zeitdauer in Gang. Für die Dauer des vorgenannten Impulses wird die Konstantstromquelle 8, welche den zum Durchlässigschalten des Halbleiters 5 benötigten Steuerstrom erzeugt, außer Betrieb gesetzt.

Der Stromfluß durch die Primärspule der Anordnung 4 wird somit abrupt unterbrochen. Infolge dessen entsteht in der Sekundärspule der Zündspulenanordnung 4 die als Hochspannungswicklung ausgeführt ist, durch Selbstinduktion der für den Funkenüberschlag an <5 den nicht dargestellten Zündelektroden benötigte Hochspannungsimpuls.

Nach Ablauf des in der Impulsschaltung 7 erzeugten Impulses wird die Konstantstromquelle 8 wieder in Betrieb gesetzt und damit wird auch der Halbleiterschalter 5 über den nunmehr wieder fließenden Steuerstrom erneut durchlässig geschaltet. Der Stromnuß durch den Primärkreis der Zündspuienanordnung 4 beginnt erneut

Die Stabilisierungsschaltung 9 erzeugt aus der — wie bereit gesagt — mit plus/minus 25% zulässig schwankenden Betriebseingangsspannung, die an den Plus- und Minus-Anschlüssen des Zündfunkengebers anstehen kann, eine für die Versorgung der Impulsschaltung 7 und des Stromcomparators 6, sowie die Erzeugung des Sollwertes für den Stromcomparatcr 6 notwendige konstante Ausgangsspannung.

Wegen der physikalischen Beziehung für die Energiespeicherung in einer Induktivität Wl = ^xli ■ L ■ I² genügt es zur Konstanthaltung der gespeicherten Energie und damit der Funkenenergie und der Ausgangsspannung, den aufgenommenen Strom, d. h. den Strom, der unmittelbar vor dessen Unterbrechung durch die Spule floß, zu überwachen und konstant zu halten, da die Induktivität bereits eine Spulenkonstante darstellt

Der Einsatz einer Konstantstromquelle an Stelle eines sonst üblicherweise verwendeten Widerstandes zwischen Triggerschaltung und Halbleiterschalter, gestattet es die Ansteuerbedingungen für der. Halbleiterschalter optimal und unabhängig von der Batteriespannung zu halten. Bei einer Widerstandsanordnung würde gerade bei kleiner Batteriespannung der Steuerstrom für den Halbleiterschalter 5 klein sein, was zu einem zusätzlichen Spannungsverlust an der Schaltstrecke des Halbleiterschalters 5 führen würde. Bei großer Betriebsspannung würde andererseits, falls nicht wiederum aufwendige Vorkehrungen dagegen getroffen wurden, eine starke Erwärmung des Widerstandes zu verzeichnen sein.

Aus dem in F i g. 4 dargestellten Diagramm über den qualitativen Verlauf von Ausgangsspannung und Funkenenergie erkennt man, daß diese beiden Größen über einen sehr weiten Spannungsbereich ein nahezu betriebsspannungsunabhängiges Verhalten zeigen, so daß es insbesondere möglich ist, erfindungsgemäße Funkengeber so auszulegen, daß sie in gleicher Weise für 12 V wie auch für 24 V Betriebsspannung geeignet sind.

Der erfindungsgemäße Funkengeber läßt sich nicht nur als Zündfunkengeber, sondern allgemein auch im Bereich der stabilisierten Hochspannungserzeugung einsetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Funkengeber mit Stromtriggerung, insbesondere Zündfunkengeber, bei dem durch einen Triggerimpuls ein elektrischer Schalter den Strom in der Primärspule der Zündspulenanordnung unterbricht, gekennzeichnet durch einen Stromcomparator (6), der kontinuierlich den Strom in der Primärspule überwacht und bei Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes einen Steuerimpuls zur Ansteuerung einer den Triggerimpuls abgebenden Konstantstromquelle (8) erzeugt

2. Funkengeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungsstabilisierungsschaltung (9) zur Erzielung eines von der Betriebsspannung unabhängigen Betriebsverhaltens des Stromcomparators (6).

3. Funkengeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromcomparator (6) und der Konstantstromqueüe (8) ein Impulsgeber (7) zwischengeschaltet ist.

4. Funkengeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (8) während der inaktiven stabilen Phase des Impulsgebers (7) ein- und während der aktivierten quasistabilen Phase des Impulsgebers (7) ausgeschaltet ist.

5. Funkengeber nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier sich dual zueinander verhaltender zeitbestimmender Bauteile zur Aufrechterhaltung einer Oszillation.

6. Funkengeber nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung der Induktivität der Primärspule der Spulenanordnung (4) zur Bestimmung der zur Erreichung eines vorgegebenen Stromwertes notwendigen Aufladezeit der Spule.

7. Funkengeber nach Anspruch 7, gekennzeichnet -J5 durch die Verwendung einer Impulsschaltung, die in ihrer aktivierten Phase den Stromfluß durch die Primärspule der Spulenanordnung (4) unterbricht, wobei die Impulsdauer durch die Speicherfähigkeit für elektrische Ladung in einem Kondensator ausgenützt wird.