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Titel: Schaltung zum Ein- und Ausschalten einer
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Kraftstoffpumpe Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Schaltung
zum Ein- und Ausschalten einer Kraftstoffpumpe eines Motors über einen Leistungsschalter
im Pumpenkreis, mit einer Einrichtung zum kurzzeitigen Einschalten der Pumpe für
die ersten Zündimpulse, einer Einrichtung zum Eingeschaltethalten der Pumpe aufgrund
der Zündimpulse sowie zum Abschalten beim Ausbleiben der Zündimpulse während einer
bestimmten Zeitspanne und einer Einrichtung zum Abschalten der Pumpe bei Überschreiten
einer oberen Drehzahlgrenze für eine bestimmte Zeitspanne.
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Eine Schaltung zum Ein- und Ausschalten einer Kraftstoffpumpe eines
Motors läßt sich mit einer Einrichtung zum kurzzeitigen Einschalten der Pumpe für
die ersten Zündimpulse versehen, damit bereits bei den ersten Zündimpulsen eines
Anlaßvorganges Kraftstoff zur Verfügung steht. Weiterhin kann diese Schaltung wahlweise
mit einer Einrichtung zum Eingeschaltethalten der Pumpe aufgrund der Zündimpulse
sowie zum Abschalten beim Ausbleiben
der Zündimpulse während einer
bestimmten Zeitspanne versehen werden, wobei die zündimpulsabhängige Kraftstoffzufuhr
nicht schon bei jedem unerwünschterweise eintretenden kurzzeitigen Zündimpulsausfall,
sondern erst bei einem etwas länger andauernden Zündimpulsausfall aussetzt. Auch
läßt sich die Schaltung mit einer Einrichtung zum Abschalten der Pumpe bei überschreiten
einer oberen Drehzahlgrenze für eine bestimmte Zeitspanne ausrüsten, um einen länger
andauernden Betrieb des Motors bei überhöhten Drehzahlen zu verhindern. Es ist jedoch
unwirtschaftlich und aufwendig, eine Schaltung zu bauen, die diese drei Einrichtungen
gesondert nebeneinander enthält.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der nicht nur die Einrichtung zum kurzzeitigen Einschalten
und die zündimpulsabhängige Einrichtung, sondern auch die drehzahlabhängige Einrichtung
bei die drei Einrichtungen miteinander verquickender Bauweise mit vereinfachtem
Schaltungsaufwand realisiert ist. Die erfindungsgemäße Schaltung ist, diese Aufgabe
lösend, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang für ein durch das Einschalten der
Zündung bewirktes Signal sowie ein Eingang für den Zündimpulsen entsprechende Signale
vorgesehen sind, am Zündung-Eingang ein auf den Leistungsschalter arbeitendes RC-Zeitglied,
das über einen Ansteuer-Kondensator und ein Gatter angesteuert ist, liegt, ein vom
Zündimpuls-Eingang her beaufschlagtes Gatter auf den Ansteuer-Kondensator arbeitet,
und auf dieses Gatter ein
Speicher-Kondensator wirkt, der über eine
Impulsform-normierende Einrichtung an den Zündimpuls-Eingang angeschlossen ist.
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Für die erwünschten drei Funktionen sind also nur zwei Eingänge vorgesehen,
wobei der Eingang für die Zündimpuls-Signale sowohl der zündimpulsabhängigen Einrichtung
als auch der drehzahlabhängigen Einrichtung zugeordnet ist. Das RC-Zeitglied schaltet
bei "Zündung Ein" den Leistungsschalter ein und bei Abwesenheit von Zündimpulsen
nach Entladen während der Zeitspanne wieder aus. Die Zündimpuls-Signale werden ebenfalls
auf den Ansteuer-Kondensator gegeben, wodurch der Kondensator des RC-Zeitgliedes
geladen bleibt und den Leistungsschalter durchgeschaltet hält; bei Wegbleiben der
Zündimpuls-Signale entlädt sich der Kondensator des RC-Zeitgliedes, bis der Leistungsschalter
abschaltet, wodurch die Pumpe zum Stillstand kommt.
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Wenn auf den Speicher-Kondensator bei zu hoher Drehzahl pro Zeiteinheit
zu viele Signal-Impulse gelangen, wird er so stark aufgeladen, daß die Ladespannung
über der Schaltschwellenspannung des Gatters vor dem Ansteuer-Kondensator liegt;
nunmehr kann das RC-Zeitglied sich entladen, und der Leistungsschalter schaltet
ab.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird das eine RC-Zeitglied dreifach
ausgenutzt, und zwar für die kurze Zeitspanne des Pumpenlaufes aufgrund des "Zündung
Ein"-Signales, für die Zeitspanne des das Abschalten bewirkenden Wegbleibens der
Zündimpulse und die Zeitspanne des zugelassenen Überschreitens der oberen
Drehzahlgrenze.
Die Schaltung ist im Hinblick auf alle drei Funktionen wirtschaftlich und rückwirkungsfrei
abgleichbar.
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Im Hinblick auf die Drehzahlschaltschwelle wird die Schaltung bezüglich
der Toleranzen der Bauteile primär durch den Entlade-Widerstand des Speicher-Kondensators,
aber auch durch diesen, und sekundär durch den Entladewiderstand des Ansteuer-Kondensators
abgeglichen. Toleranzen der Bauteile nlassen.sich hinsichtlich der Abfallzeit über
den.-Kondensator und den Widerstand des RC-Zeitgliedese abgleichen.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn ein von dem Zündimpuls-Eingang
her beaufschlagtes Gatter vorgesehen ist, das auf ein CR-Glied arbeitet, das auf
die Impulsform-normier > de Einrichtung wirkt. Diese Zusatzeinrichtung wird vorgesehen,
die Zündimpulse verschieden lange Zeitdauer haben können, und um zündimpulsabhängige
Signal konstanter Zeitdauer zu erhalten.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es dabei, wenn die Impulsform-normierende
Einrichtung ein Transistor ist. Im Gegensatz zu einer ebenfalls verwendbaren Diode
ist der Transistor weniger temperaturabhängig.
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Besonders zweckmäßig und vorieilhaft ist es weiterhin, wenn das RC-Zeitglied
über ein gatter auf einen Rückkopplungskreis, der aus einem Gatter und einem Spannungsteiler
besteht, arbeitet, und der Entladewiderstand des Speicher-Kondensators an den Spannungsteilerpunkt
gelegt
ist. Durch diesen Rückkopplungskreis wird erreicht, daß die Pumpe nicht schon eingeschaltet
wird, wenn die Drehzahl bis zur Schaltschwelle abgesunken ist, sondern erst wieder
eingeschaltet wird, wenn die Drehzahl merklich unter die der Schaltschwelle gesunken
ist.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn die Kapazität
des Ansteuer-Kondensators, vorzugsweise mindestens um das Zehnfache, kleiner ist
als die des Kondensators des RC-Zeitgliedes. Ein niederkapazitiver Kondensator ist
nämlich billiger als ein hochkapazitiver.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn das Anlegen
der Versorgungsspannung an den Zündung-Eingang als "Zündung Ein"-Signal für das
RC-Zeitglied verwendet ist. Es entfallen gesonderte Schaltungsteile, um außer der
Versorgungsspannung noch einen gesondert abgeleiteten "Zündung Ein"-Impuls in die
Schaltung einzuleiten.
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Die Gatter sollen auf ein in der Form unregelmäßiges oder analoges
Eingangssignal hin ein verbessertes normiertes Ausgangssignal abgeben. Deshalb sind
im Rahmen der Erfindung auch alle äquivalenten Bauglieder, z.B. Operationsverstärker
oder diskrete Schaltungen mit Transistor, ebenfalls verwendbar. Bei Verwendung von
Gattern ist jedoch geringe Schaltelementezahl mit verbesserter Wirkungsweise kombiniert.
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Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die Gatter mit Trigger-Eingang
versehen sind, da dann die impulsnormierende Wirkung verbessert ist. Wenn alle Gatter
gleich sind, ist die Bauweise verbilligt.
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In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt und zeigt Fig. 1 eine Schaltung zum Ein- und Ausschalten einer Kraftstoffpumpe
und Fig. 2 a - d jeweils Zustände an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß Fig.
1 bei zunehmender Zündimpulshäufigkeit.
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Bei der Schaltung gemäß Zeichung wird die Versorgungsspannung von
einer Batterie 1 geliefert, die an den negativen Pol des Schaltungseinganges angeschlossen
ist und an den positiven Pol des Zündung-Einganges 2 über einen Zündungsschalter
3 legbar ist.
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An die beiden Pole ist ein als Relais ausgebildeter Leistungsschalter
4 angeschlossen, der mit einem Transistor 5 in Reihe liegt, der den Leistungsschalter
einschaltet. Ein Schaltkontakt 6 des Leistungsschalters 4 liegt in einem eine Kraftstoffpumpe
7 und die Batterie 1 aufweisenden Kreis. Über einen Zündimpuls-Eingang 8 werden
der Schaltung die Zündimpulse unmittelbar zugeführt. Die Schaltung arbeitet bei
Betrieb eines Kraftfahrzeuges folgendermaßen:
Der Fahrer läßt den
Motor mit dem Zündschlüssel an. In der Zündschlüsselstellung "Fahrbetrieb" wird
Spannung an den Leistungsschalter 4 gelegt, der schaltet. Die Kraftstoffpumpe 7
fördert, z.B. Benzin. Der Zündschlüssel wird weiter in die Stellung "Anlassen" gedreht,
woraufhin vom sich drehenden Anlasser die Zündimpulse kommen und ein Abfallen des
Leistungsschalters 4 verhindern. Nach dem Abstellen der Zündung werden keine Zündimpulse
mehr erzeugt,und etwa eine Sekunde nach dem letzten Zündimpuls schaltet der Leistungsschalter
ab. Wenn während des Betriebes die zulässige Drehzahl überschritten wird, fällt
circa eine Sekunde nach Sollwertüberschreitung der Leistungsschalter ab. Er zieht
nach Unterschreiten einer vorgegebenen Schalthysterese wieder an.
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Zwischen dem Pluspol 2 und dem Minuspol der Schaltung liegt zunächst
ein Abschlußwiderstand 9, der der Ableitung von von aussen her kommenden Induktionsspannungen
dient. Danach hängen zwischen den beiden Polen eine Zenerdiode 10 und deren Arbeitsder
nachfolgendn Schaltung widerstand 11 in Reihe, um die Spannungsversorgung'zu begrenzen.
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Vom Verbindungspunkt zwischen Zenerdiode 10 und Arbeitswiderstand
11 zweigt eine Steuerleitung 12 ab, zwischen der und dem Minuspol sich die nachfolgend
beschriebenen Bauteile befinden: Zunächst ist ein Kondensator 13 vorgesehen, der
die Spannung an der Steuerleitung 12 beruhigt und kurze Spannungseinbrüche überbrückt.
Parallel dazu sind in Serie und gleich gerichtet zwei
Dioden 14,
15 vorgesehen, an deren Verbindungspunkt der Zündimpuls-Eingang 8 in folgender Weise
herangeführt ist: Der Zündimpuls-Eingang 8 ist über eine Zenerdiode 16 und einen
Arbeitswiderstand 17 an den Minuspol gelegt, und zwischen dem Verbindungspunkt dieser
beiden Bauteile und dem Verbindungspunkt der beiden Dioden 14 und 15 ist ein verbindender
Widerstand 18 vorgesehen. Der Arbeitswiderstand 17 ist der Abschlußwiderstand für
den Zündimpuls-Eingang 8. Die Zenerdiode 16 unterdrückt kleine Spannungsspitzen.
Die beiden Dioden 14 und 15 sollen positive bzw. negative Überspannungen am Verbindungspunkt
zwischen den beiden Dioden verhindern.
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Dieser Verbindungspunkt ist über einen als Entprellung wirkenden Kondensator
19 an den negativen Pol (Masse) und an den Eingang eines ersten Gatters 20 gelegt.
An den Ausgang des Gatters 20 ist ein Kondensator 21 angeschlossen, der die Aufladezeit
eines weiter unten beschriebenen Auflade-Kondensators mitbestimmt. Der Kondensator
21 ist ausgangsseitig über eine Diode 22 an den Minuspol gelegt, um den Kondensator
schnell zu entladen und um den Eingang eines nachfolgenden Gatters zu schützen.
Der Kondensator 21 ist weiterhin an den Minuspol über einen Widerstand 23 gelegt,
der zusammen mit dem Kondensator die Aufladezeit des weiter unten beschriebenen
Auflade-Kondensators bestimmt.
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Der Kondensator 21 ist weiterhin an den Eingang eines zweiten Gatters
24 gelegt, das ausgangsseitig über einen Ansteuer-
Widerstand 25
die Basis eines Transistors 26 ansteuert. Der Transistor 26 liegt andererseits an
der positiven Steuerleitung 12 und kollektorseitig über einen Begrenzungswiderstand
27 und den Auflade-Kondensator 28 am Minuspol. Der Begrenzungswiderstand begrenzt
den Aufladestrom des Kondensators 28 und verhindert überlastungen des Transistors
26. Der Transistor 26 ist kollektorseitig weiterhin über einen Hauptentladewiderstand
29 an einen weiter unten beschriebenen Rückkopplungskreis angeschlossen und mit
dem Minuspol in Verbindung.
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Der Verbindungspunkt zwischen dem Begrenzungswiderstand 27 und dem
Aufladekondensator 28 ist an den Eingang eines dritten Gatters 30 gelegt, dessen
Ausgang an einen Ansteuer-Kondensator 31 gelegt ist, der andererseits über einen
Widerstand 32 und eine Diode 33 an den Minuspol gelegt ist. Der Widerstand 32 bestimmt
zusammen mit dem Ansteuer-Kondensator 31 die Aufladezeit eines weiter unten beschriebenen
Kondensators eines RC-Zeitgliedes.
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Die Diode 33 dient der Schnell entladung und dem Schutz des Einganges
eines nachfolgenden vierten Gatters 34, das eingangsseitig an den Kondensator 31
angeschlossen ist und ausgangsseitig über eine Diode 35 zu dem RC-Zeitglied geführt
ist.
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Das RC-Zeitglied 36 ist anderenends an die Steuerleitung 12 anseschlossen.
über die Diode 35 erfolgt die Aufladung des Kondensie sators des RC-Zeitgliedes
36 und hält positives Potential vom Ausgang des vierten Gatters 34 vom RC-Zeitglied
36 fern. Beim Anschluß der Diode 35 ist das RC-Zeitglied 36 an den Eingang
eines
fünften Gatters 37 gelegt, das über einen Ansteuer-Widerstand 28 den Transistor
5 ansteuert. Der Transistor ist zwischen Emitter und Kollektor durch eine Diode
39 überbrückt, die den Transistor gegen überspannung, Abschaltspitzen des Lastschalters
4 und Verpolung schützt. Kondensator und Widerstand des RC-Zeitgliedes 36 bestimmen
die Abfallzeit des Lastschalters 4.
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Vom Ausgang des fünften Gatters 37 zweigt der Rückkopplungskreis ab,
der ein sechstes Gatter 40, einen ersten Widerstand 41 und einen zweiten Widerstand
42 umfaßt und über den zweiten Widerstand 42 an den Minuspol gelegt ist. Die beiden
Widerstände 42 und 41 geben in Verbindung mit dem sechsten Gatter 40 die Hysterese.
Der Hauptentladewiderstand 29 ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen
41 und 42 angeschlossen.
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Das erste Gatter 20 formt das Eingangssignal, das über den Widerstand
18 und den Kondensator 19 gebracht wird, in ein Rechtecksignal um. Das zweite Gatter
24 gibt die Schaltschwelle für die Ladung des Kondensators 28 und weist am Ausgang
ein Rechtecksignal zum Ansteuern des Transistors 26 auf. Das dritte Gatter 30 arbeitet
in Abhängigkeit von der Spannung am Kondensator 28 als Schmittrigger. Das vierte
Gatter 34 lädt den Kondensator des RC-Zeitgliedes 36 auf, wenn am Ausgang des dritten
Gatters 30 eine positive Flanke auftritt. Das fünfte Gatter 37 setzt das Signal
des RC-Zeitgliedes 36 so um, daß der zweite Transistor 5 sauber getriggert angesteuert
wird. Der erste Transistor 26 bewirkt, daß bei jedem Zündimpuls der Aufladekondensator
28 voll
aufgeladen wird. Der zweite Transistor 5 schaltet den Leistungsschalter
4. Das sechste Gatter 40 invertiert das Signal des fünften Gatters 37, damit die
Hysterese phasenrichtig arbeitet.
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Die Diode 10 ist auf die Spannung an der Steuerleitung 12 ausgelegt,
und die Diode 16 ist von der Zündspannung abhängig. Die Dioden 14 und 15 sind überspannungsableitdioden.
Die Dioden 22, 33 und 35 haben verhältnismäßig geringen Leckstrom und kleine Sperrspannung.
Die Diode 39 begrenzt die maximal auftretende Spitzenbetriebsspannung. Die beiden
Transistoren werden nach den möglichen Basisströmen und den maximal auftretenden
Kollektorströmen ausgelegt.
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Der an sich'entbehrbare Widerstand 9 ist durch seine Verlustleistung
begrenzt. Der Arbeitswiderstand 11 muß so ausgelegt sein, daß bei kleinster Versorgungsspannung
und höchstem Verbraucherstrom noch ein Zenerstrom fließt und daß bei höchster Versorgungsspannung,
geringstem Verbraucherstrom und hoher Umgebungstemperatur die Zenerdiodenverlustleistung
nicht überschritten wird.
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Der Arbeitswiderstand 17 kann das 0,1-fache bis 30-fache oder Mehrfache
des Widerstandes 18 ausmachen und ist durch die Energie des Zündimpulses begrenzt.
Der Widerstand 18 soll mit dem Kondensator 19 eine Entprellzeit von circa 1-10-$
sec. bringen und ist kleiner als der Eingangswiderstand des nachfolgenden Gatters
20. Der Widerstand 23 ist kleiner als der Eingangswiderstand des nachfolgenden Gatters
24 und sehr viel größer als der Ausgangswiderstand des ersten Gatters 20. Der Ansteuer-Widerstand
25
muß so klein sein, daß der Transistor 26 bei vorgegebenem Kollektorstrom noch sicher
durchgesteuert wird, und ist größer als der Ausgangswiderstand des zweiten Gatters
24.
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Der Hauptentladewiderstand 29 ist kleiner als der Eingangswiderstand
des dritten Gatters 30. Je niederohmiger er ausgelegt werden kann, umso kleiner
ist der Einfluß des Gatters. Eine Änderung des Gattereingangsstromes, z.B. durch
Temperaturschwankungen, geht dann nicht so stark ein. Der Widerstand 42 ist kleiner
als der Hauptableitwiderstand 29. Um die Hystereseeinstellung (Widerstände 42 und
43) von der Drehzahleinstellung zu entkoppeln, soll der Hauptentlastungswiderstand
29 den Hauptteil der Entladung des Kondensators 28 bringen. Der Begrenzungswiderstand
27 muß so klein sein, daß der Kondensator 28 sicher bei einem Zündimpuls aufgeladen
wird, und ist sehr viel kleiner als der Widerstand 29.
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Der Widerstand 32 ist kleiner als der Eingangswiderstand des vierten
Gatters 34 und größer als der Ausgangswiderstand des dritten Gatters 30. Der Widerstand
41 ist der die Hysterese bestimmende Widerstand und von den gewählten bzw. gewünschten
Sollwerten abhängig. Der Widerstand des RC-Zeitgliedes 36 ist kleiner als der Eingangswiderstand
des Gatters 37, jedoch möglichst groß, um bei vorgegebener Abfallverzögerung den
Kondensator des RC-Zeitgliedes möglichst klein halten zu können. Der Widerstand
38 muß so klein sein, daß der zweite Transistor 5 bei vorgegebenem Kollektorstrom
noch sicher durchgesteuert wird.
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Der Kondensator 13 wird nach den möglicherweise auftretenden Spannungseinbrüchen
dimensioniert, und der Kondensator 19 wird nach den Zündimpulsen in Verbindung mit
dem Widerstand 18 dimensioniert. Der Kondensator 21 muß so groß sein, daß in Verbindung
mit dem Widerstand 23 am Ausgang des zweiten Gatters 24 ein Impuls auftritt, der
in der zeitlichen Länge so groß ist, daß der erste Transistor 26 über den Widerstand
27 den Kondensator 28 sicher auflädt. Der Kondensator 21 muß aber in Verbindung
mit den nachgeschalteten Elementen so klein sein, daß bei der Drehzahlschaltschwelle
der durch den Kondensator 21 und den Widerstand 23 erzeugte Impuls sicher kleiner
ist als die gesamte Zykluszeit eines Zündimpulses.
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Der Kondensator 28 muß bei vorgewähltem Widerstand 29 so ausgelegt
sein, daß der gewünschte Drehzahlschaltpunkt erreicht wird. Der Kondensator 31 muß
bei vorgewähltem Widerstand 32 so groß sein, daß bei einem gegebenen Ausgangswiderstand
des vierten Gatters 34 der Kondensator des RC-Zeitgliedes 36 über die Diode 35 sicher
aufgeladen wird. Der Kondensator des RC-Zeitgliedes 36 wird in Verbindung mit dem
Widerstand des RC-Zeitgliedes nach der Anforderung, die an die Schaltung gestellt
wird, dimensioniert.
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In Fig. 1 sind mit a bis j verschiedene Stellen der Schaltung gekennzeichnet,
deren Spannungsverhältnisse in Fig. 2 a - 2 d für größer werdende Zündimpulszahl
pro Zeiteinheit dargestellt sind. Bei a ist der Zündimpuls z.B. 0,1 - 0,2 msec.
breit und
hat eine Amplitude größer 100 V. Bei b, am Ausgang des
ersten Gatters 20, erscheint der Impuls getriggert und invertiert.
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Bei c wird die positive Flanke des Signalimpulses bei b ausgenutzt.
Bei d, am Ausgang des zweiten Gatters 24, erscheint ein negatives Signal, das unabhängig
von der Zündfrequenz ist. Bei e wird durch das Signal bei d der Kondensator 28 aufgeladen,
der sich in der signallosen Zeit entlädt.
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Am Ausgang des dritten Gatters, bei f, ist das Signal abhängig vom
Signal bei e. Bei hoher Drehzahl steht am Ausgang ein L-Signal, und bei der Drehzahl
Null ein H-Signal, also ein gegensinniges Signal. Eine positive Flanke am Ausgang
f des dritten Gatters 30 gelangt über den Kondensator 31 bei g auf das vierte Gatter
34, das ein Triggersignal h abgibt, woraus der Spannungsverlauf i des RC-Zeitgliedes
36 resultiert. Wenn am Ausgang des fünften Gatters bei j ein Plus-Signal steht,
ist der Leistungsschalter 4 angezogen und leitet der zweite Transistor 5. Bei der
vorliegenden Schaltung wird das Hysterese-Verhalten der Gatter ausgenutzt.