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Einschlagrelais, insbesondere für Spulenzündvorrichtungen von Verbrennungskraftmaschinen
Es ist bereits seit langem vorgeschlagen, das elektrische Einschlagrelais bei Spulenzündvorrichtungen
von Verbrennungskraftmaschinen zu verwenden. Diese Relais leiden aber bekanntlich
unter einer unerwünschten Zündverschleppung, die ihre Verwendung überall dort verhindert,
wo eine hohe Unterbrechungszahl gefordert wird - was bei allen modernen Verbrennungsmotoren
der Fall ist - oder wo abwechselnd mit Gleich--oder Wechselstrom als Primärstrom
gearbeitet wird oder wo erhebliche Spannungsschwankungen bei Gleichstrombetrieb
vorhanden sind. -Die Erfindung will die angedeutete Schwä chc des Relais beseitigen,
mit anderen Worten, ein Relais schaffen, das allgemein zu verwenden ist, d. h. bei
jeder Motordrehzahl und Unterbrechungszahl, bei wechselnden Spannungen innerhalb
weiter Grenzen und das gleich gut arbeitet bei gleicher Einstellung mit Gleich-
oder Wechselstrom.
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Die Abb. i bis 5 zeigen in schematischer Darstellung die Entwicklung
sowie Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. r ist ein Schaltungsschema einer Einschlagrelaiszündung.
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Abb. 2 ist eine Seitenansicht eines Relais. Abb.3 ist eine Seitenansicht
einer abgeänderten Relaisform.
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Abb.4 zeigt ein Schaltungsschema für die Verwendung einer losen Kuppelung
zwischen Zug- und Haltespule.
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Abb. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Relais nach dem Erfindungsgedanken.
Zunächst soll an Abb. i die Einrichtung und Wirkungsweise des Einschlagrelais bei
Spulenzündvorrichtungen für Verbrennungsrnotoren erläutert werden. Denkt man sich
den gezeigten Widerstand 14 durch eine direkte Verbindung ersetzt, so gibt die Abbildung
die früher vorgeschlagene Schaltung wieder. In diesem Schema bezeichnet: i die Stromquelle,
2 einen Schleifkontaktgeber für den Primärstrom, 3 die Haupt- oder Zugspule des
Relais, 3a den Eisenkern des Relais, 4. einen Hammerunterbrecher oder Anker, :Ib
eine Feder, die den Anker auf Kontaktschluß zieht, 4.a und .4d Kontakte, die durch
den Anker q. gesteuert werden; 5 ist ein Löschkondensator, 3b ist die sogenannte
Haltespule, deren Aufgabe es ist, einen Teil des durch die Zugspule 3 im Eisenkern
erzeugten Magnetismus auch nach Unterbrechung der Kontakte 4g, 4d aufrechtzuerhalten,
so claß der Anker .l festgehalten wird,
bis der Kontaktgeber 2 den
Haltestrom unterbricht. 6 ist die Primärwicklung einer Zündspule, deren Sekundärwicklung
mit 7 bezeichnet ist, 8 ist ein Verteiler, 9, io, ii und r2 sind Zündkerzen, 13
ist Masserückleitung.
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Die Vorrichtung würde ohne die Haltespule 3b als Summer oder Trembleur
wirken, solange der Kontaktgeber 2 auf Kontaktstellung steht. Die Haltespule 3b
hindert den Anker 4 an der Vibration und gestattet nur einen einzigen Abriß der
Kontakte da und 4d während der Überschreitung eines Segmentes im Kontaktgeber 2.
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Solch ein Relais, bei dem zwei Spulen 3 und 3b auf denselben Eisenkern
3a gewickelt sind, ist, elektrisch betrachtet, ein kleiner Transformator, und da
die Spule 3b entweder durch die geschlossenen Kontakte 4.a und q. d oder, wenn diese
offen sind, durch den Kondensator 5 kurzgeschlossen ist, so werden in ihr bei jeder
Änderung des Kraftflusses im Eisenkern Induktionsströme erzeugt. Da die beiden Spulen
3 und 3b sehr fest gekoppelt sind und ihre Induktanz im Vergleich zu ihrem Widerstand
sehr groß ist, so werden diese induzierten Ströme den magnetischen Effekt in Hinsicht
auf den magnetisierenden Strom stark verzögern. Was also der allgemeinen Verwendung
eines solchen Relais entgegensteht, ist nichts anderes als der Verzögerungseffekt
dieser induzierten Ströme auf den Aufbau des Magnetfeldes. Je fester die Spulen
miteinander gekoppelt sind und je größer das Verhältnis von Induktanz zum Ohmschen
Widerstand ist, desto schlechter wird das Relais iin Falle hoher Drehzahlen folgen
oder in Fällen, wo die Spannung stark variiert, oder wo die Anlage abwechselnd mit
Gleich- und Wechselstrom betrieben wird.
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Alle Relais, die in der Vergangenheit beispielsweise für Motorenzündzwecke
verwendet sind, haben einen gemeinsamen Eisenkern, auf den beide Spulen gewickelt
sind, entweder nebeneinander oder - noch weniger wirksam - übereinander. Die Zahl
der Windungen der Zugspule ist groß, um den Kraftlinienfluß gegen den Verzögerungseffekt
der Haltespule durch den Eisenkern zu treiben. Man kann immer feststellen, daß die
Haltespule eine große Selbstinduktion hat, die niemals durch einen irgendwie ausreichenden
Ohmschen Widerstand ausgeglichen ist. Es ist daher kein Wunder, daß EinschlagreIais
für Motorenzündung wieder verschwunden sind und beispielsweise nie an Fordmotoren
verwendet werden konnten, weil dort abwechselnd mit Speisestrom von der Batterie
und von der Schwungradmagneto, d. h. mit Gleich- und Wechselstrom gearbeitet wird,
wobei die Spannung des Schwungradmagneten zwischen weniger als 4 und mehr als 3o
Volt und die Periodenzahl zwischen weniger als 30 und mehr als
500 schwankt, während die Batterie 6 Volt Gleichstrom liefert. Das Verschwinden
solcher Einschlagrelais trotz ihrer Vorzüge in anderer Richtung beweist, daß ihre
schwachen Punkte und deren Ursachen, welche oben beschrieben sind, bisher nicht
erkannt sind.
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Die Erfindung gibt zwei Wege an, um das Einschlagrelais für alle Zwecke
und unter allen Bedingungen wirksam zu machen, die getrennt oder kombiniert benutzt
werden können.
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Der eine Weg ist die Vergrößerung des Ohmschen Widerstandes der Haltespule
so weit, bis dieser die Induktanz der Haltespule ausgleicht, d. h. bis die wattlose
Stromkomponente des induzierten Stromes vollständig oder nahezu vollständig unterdrückt
wird.
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Dieser Zusatzwiderstand kann irgendwo in den Haltespulenkreis als
fester zusätzlicher oder als veränderlicher Widerstand eingeschaltet werden. In
Abb. i ist der Ohmsche Widerstand 1 4 in Serie mit der Haltespule angeordnet. Brei
Verwendung von Kupferspulen auf dem Relais kann der Betrag des nötigen zusätzlichen
Ohmschen Widerstandes zwischeneinigen Ohm und etwa Zoo Ohm je nach dem Verhältnis
von Induktanz und Eigenwiderstand der Spule schwanken.
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Der zusätzliche Widerstand kann auch in die Spule selbst hineingelegt
werden, indem man einen Spulendraht von höherem spei. Widerstand verwendet, beispielsweise
Messing- statt Kupferdraht, oder aber indem man eine Wicklungsart anwendet, die
im Vergleich zur Induktanz eine ungewöhnliche Drahtlänge erfordert.
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Je mehr die wattlose Stromkomponente unterdrückt wird, desto schneller
bzw. verzögerungsfreier wird die Wirkung des Relais hinsichtlich des Zug- oder Hauptstromes.
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Eine geringe Verzögerung im magnetischen Kraftlinienfluß kann jedoch
unter gewissen Bedingungen nützlich sein, um eine bestimmte Kontaktdauer zu erreichen,
nachdem der Hauptkontaktgeber geschlossen hat.
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Es ist selbstverständlich, daß die Möglichkeit, die Induktanz der
Spule durch einen Zusatzwiderstand der Haltespule genau auszugleichen, bei allen
elektrischen Summern, Trembleuren u. dgl. gegeben ist, die wenigstens eine Zug-
und eine Haltespule haben.
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Der andere Weg, die wattlose Stromkomponente zu beseitigen, besteht
in der Verminderung des bisher üblichen Kopplungsverhältnisses von Zug- und Haltespule.
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Abb. 2 und 3 zeigen einige Ausführungsformen eines Einschlagrelais
zur Erreichung einer loseren Kopplung.
Nach Abb. 2 sind die beiden
Spulen 3 und 3b nebeneinander gewickelt auf einen gemeinsamen Kern 3c; zwischen
beiden befindet sich jedoch ein bestimmter Abstand 3d. Die Zugspule 3 umgibt allein
den unbeweglichen Eisenkern 3a, so daß der Anker .I in die Halte-:Pule 3b mittels
eines Ansatzes 32 eintreten kann. Der Luftraum 15 zwischen dem feststehenden Eisenkernteil
und dem Ankerglied 32 ist groß genug, um eine lose Kopplung beider Spulen zu erreichen.
Für den gleichen Zweck kann außerdem zwischen den beiden Spulen ein dritter eiserner
Pol oder ein Kraftlinienleitstück 3f angeordnet werden. Dieses Leitstück verhindert,
daß ein zu großer Teil des Kraftlinienflusses der Zugspule in die Haltespule eindringt.
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Das Relais nach Abb. 3 zeigt dasselbe Konstruktionsprinzip. Eine der
Spulen, beispielsweise Spule 3, magnetisiert den feststehenden Eisenkern 3a, die
andere Spule 3b den Anker ,4. Da aber hier die Spulen im rechten Winkel zueinander
liegen, ist der zwischen beiden Spulen liegende Abstand noch vergrößert und ihr
gemeinsamer Kraftlinienfluß noch weiter vermindert. Es ist offensichtlich, daß das
Prinzip der losen Kopplung in sehr vielen Ausführungsformen verwirklicht werden
kann. In Abb.4 ist beispielsweise eine Zündspule 6a dargestellt, deren beide Wicklungen
6 und ; nach dem bekannten Trembleur-Svstem geschaltet sind. Die Vorrichtung ist
zusätzlich mit einer Haltespule 3b versehen, die jedoch nicht auf den Eisenkern
der Zündspule 6a gewickelt ist, sondern auf einen besonderen Eisenkern 34, der an
den Anker q. angesetzt ist. Dieser Ansatzkern 34 ist vom Eisenkern der Spule 6a
durch einen Luftspalt 15 getrennt. Die Abb. 4. zeigt einen der vielen Wege, eine
Zündspule mit einem Einschlagrelais loser Kopplung zu einem Ganzen zu kombinieren,
wobei das Zugfeld für den Anker durch das Kraftfeld der Zündspule selbst gegeben
wird.
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Die beiden angegebenen Mittel zur Beseitigung der Zündverschleppung,
nämlich Einschaltung eines zusätzlichen OhmschenN%Tiderstandes und lose Kopplung
zwischen Zug-und Haltespule können auch miteinander kombiniert werden. Diese Möglichkeit
ist bei der Ausführungsform nach Abb.4 in dem Fall gegeben, wo ein zusätzlicher
Ohmscher Widerstand 14 in den Haltespulenkreis eingeschaltet ist, der mittels eines
Schalters 30 ein- und ausgeschaltet werden kann.
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Lose Kopplung und Zusatzwiderstand können auch in fester Kombination
auftreten. Sie ist z. B. vorhanden, wenn die Haltespule über die Zugspule zentrisch
oder exzentrisch gewickelt wird und zwischen beiden Spulen ein Luftraum gelassen
wird. Dieser Luftraum ergibt eine Verminderung der Kopplung zwischen beiden Spulen
und gleichzeitig wegen der Vergrößerung der Drahtlänge eine Vergrößerung des Ohmschen
Widerstandes der Haltespule.
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Der größte Nachteil des' elektrischen Einschlagrelais für Motorenzündung
liegt darin, daß die zeitliche Verzögerung zwischen dem Stromschluß des Kontaktgebers
und dem ,Moment der Unterbrechung des Stromkreises durch das Relais bei den verschiedenen
Motordrehzahlen und bei den verschiedenen Spannungen des Speisestromes nicht die
gleiche ist. Während der Verschleppungswinkel mit wachsender Motordrehzahl steigt,
nimmt er mit wachsender Spannung ab. Wenn daher eine Stromquelle, die mit wachsender
Drehzahl wachsende Spannung liefert, mit einem Einschlagrelais nach der Erfindung
vereinigt wird, kann die Unstetigkeit in dem Grad des Verschleppungswinkels vollständig
beseitigt werden, gleichgültig, ob der Speisestrom ein Gleich- oder Wechselstrom
ist.
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Das Einschlagrelais der beschriebenen Art hat noch weitere Vorteile
gegenüber bekannten Typen. Es bewirkt eine Schonung der Unterbrecherkontakte und
verhindert die Entstehung eines Unterbrechungslichtbogens an dem umlaufenden Schleifkontaktgeber.
Diese Wirkungen lassen sich mit einem Einschlagrelais der bekannten - Typen nicht
erreichen.
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Abb. 5 zeigt einen Weg, wie eine Induktionswirkung zwischen den Spulen
3 und 3b zu vermeiden ist, auch wenn beide auf denselben Eisenkern 3a gewickelt
sind. Dieser Weg ist gekennzeichnet durch eine besondere Kombination der Kontakte
4d, _.a und 25, 26. Während der magnetische Kraftfluß im Eisenkern 3a durch die
Zugspule 3 aufgebaut wird, ist gier Haltespulenkreis durch die offenen Kontakte
25, z6 unterbrochen. Wird dann der Anker 4 angezogen, so werden durch den Isolatorstift
27 des Ankers die Kontakte 4a, 4d der Zugspule 3 unterbrochen und gleichzeitig die
Kontakte 26, 25 der Haltespule 3b geschlossen. Bei dieser Anordnung ist eine Verschleppung
durch die Haltespule ausgeschlossen, weil durch den Aufbau des Zugfeldes in der
Haltespule kein Strom induziert wird. .