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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil zum Steuern einer Luftströmung hin
zu einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
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Bekannterweise
sind Kraftfahrzeuge der letzten Generation, wie Scooter, Mopeds,
etc., ausgestattet mit einer elektronischen Zentralsteuereinheit
zum Steuern des Motors auf der Grundlage einer Anzahl von nutzerseitigen
Steuersignalen und in Abhängigkeit
von Information und einer Mengenzahl, die durch eine Anzahl von
Sensoren an dem Fahrzeug gemessen werden, und mit einem Sicherheitssystem,
das allgemein als ein „Immobilisierer" bezeichnet und welches
die elektronische Zentralsteuereinheit dahingehend instruiert, eine
Zündung
des Motors nicht zu ermöglichen,
um einen Diebstahl des Fahrzeugs zu verhindern.
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Das
Sicherheitssystem umfasst typischerweise einen in den Zündschlüssel des
Fahrzeugs integrierten Transponder und enthält einen vorbestimmten Identitätscode,
eine Leseeinheit für
den Identitätscode
und ein Steuermodul, welches den Identitätscode von der Leseeinheit
erhält
und demgemäß ein Steuersignal
erzeugt, das eine Zündung
des Motors durch die elektronische Zentralsteuereinheit autorisiert
oder verhindert.
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Wenn
der Nutzer das Sicherheitssystem aktiviert, zum Beispiel durch Entfernen
des Schlüssels aus
der Zündschaltung,
erzeugt das Steuermodul das Steuersignal, um die Zündung des
Motors durch die elektronische Zentralsteuereinheit zu verhindern, und
aktiviert gleichzeitig die Zentralsteuereinheit, um eine LED-Anzeige
einzuschalten und darzustellen, dass das Sicherheitssystem aktiviert
ist. Obwohl in diesem Zustand dessen Betriebsaktivität reduziert ist,
indem im Wesentlichen das Einschalten und Steuern der LEDs unterstützt wird,
bleibt die elektronische Zentralsteuereinheit nach wie vor aktiv
und verbraucht so eine übermäßige Menge
an Strom, wenn der Deaktivierungszustand, das heißt, die
Aktivierung des Sicherheitssystems, über eine gegebene Zeitdauer
hinaus verlängert
wird. In der Tat umfasst die elektronische Zentralsteuereinheit
typischerweise einen Mikroprozessor, welcher, obwohl dahingehend ausgelegt,
eine extrem hohe Zahl von Steuer-, Diagnose- und Motorsteuerungsvorgängen durchzuführen, im
Zündungs-Deaktivierungszustand,
in welchem die elektronische Zentralsteuereinheit nur für die Beleuchtung
der LED-Anzeigeelemente sorgen muss, eine große Menge Strom verbraucht.
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Es
ist seit den letzten Jahren auch bekannt, dass eine Nachfrage gewachsen
ist, die Integrierung mechanischer und elektronischer Bauteile von
Kraftfahrzeugen zu verstärken,
um einerseits den Zusammenbau der Komponenten zu vereinfachen und
zu beschleunigen und andererseits die Montagekosten für das Fahrzeug
zu verringern. Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, die obige elektronische
Zentralsteuereinheit, die ausschließlich zur Durchführung von
wichtigen Motorsteuerfunktionen ausgelegt ist, in das Luftsteuerelement,
das heißt,
das Drosselgehäuse
des Fahrzeugs, zu integrieren, um die elektronische Zentralsteuereinheit über externe
Kommunikationsbusse mit den verschiedenen elektronischen Einrichtungen,
die außerhalb
des Drosselgehäuses
liegen und typischerweise die Messsensoren und das die Immobilisierfunktion
implementierende Steuermodul umfassen, zu verbinden.
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Trotz
der Wirksamkeit der obigen Lösung,
ist der Grad an Integrierung der elektrisch mechanischen Fahrzeugkomponente
nach wie vor niedrig im Vergleich zu den Anforderungen an gegenwärtige Fahrzeug-Herstellungssysteme.
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US-2004/094121 bezieht
sich auf ein Drosselklappengehäuse
mit einer kontinuierlichen Drosselöffnung für eine Drosselklappe, die auf
einer Drosselklappenwelle angeordnet ist, und ein Gehäuse mit einer
Gehäuseabdeckung
und einem Gehäusekörper. Ein
elektrischer Antrieb und ein erster elektronischer Mechanismus für den Antrieb
sind in dem Gehäuse
zum Verschieben der Drosselklappenwelle angeordnet.
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EP-1143129 bezieht auf eine
Steuervorrichtung für
eine Drosselklappe, die mit einem Drosselsensor versehen ist, der
bei geringer Leistung anspricht und eine lange Lebensdauer hat,
durch ein genaues Ausgangssignal für den Grad einer Drosselöffnung erhalten
werden kann.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil
zum Steuern einer Luftströmung
hin zu einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zu schaffen,
welches so ausgebildet ist, dass dieses eine elektronische Zentralsteuereinheit
aufnimmt, die die wichtigen Motorsteuerfunktionen als auch die Immobilisierfunktion
durchführt,
und die gleichzeitig den Stromverbrauch im Deaktivierungszustand
der Motorzündung
reduziert, um so eine längere
Aktivierung des Sicherheitssystems zu ermöglichen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Bauteil zum Steuern einer Luftströmung hin
zu einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1
und vorzugsweise nach einem der direkt oder indirekt von Anspruch
1 abhängigen,
folgenden Ansprüche
vorgesehen.
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Eine
nicht beschränkende
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht eines Bauteils zum Steuern einer
Luftströmung hin
zu einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zeigt;
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2 einen
seitlichen Querschnitt des Steuerelements für die Luftströmung aus 1 zeigt;
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3 ein
Blockdiagramm der elektronischen Zentralsteuereinheit zeigt, die
in das Drosselgehäuse des
Steuerelements für
die Luftströmung
in 1 integriert ist.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 zeigt
das Bauteil 1 als Ganzes ein Element zum Steuern einer Luftströmung hin
zu einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs,
wie einem Viertakteinzylindermotor.
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Das
Bauteil 1 umfasst im Wesentlichen ein Drosselgehäuse 2 zum
Zuführen
eines die Verbrennung unterstützenden
Fluids (Luft) zum Motor; und eine elektronische Steuerzentraleinheit 3 (schematisch
durch eine gestrichelte Linie in 1 gezeigt), die
in das Drosselgehäuse 2 integriert
ist und welche zusätzlich
zu den Vorgängen
Hauptschalter Ein/Aus, Diagnose und Steuerfunktion auch Sicherheitsvorgänge durchführt, das
heißt,
eine Zündung
des Motors als Teil der Immobilisierfunktion unmöglich macht.
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Die
Drosselkammer 2 umfasst vorzugsweise ein Metallgehäuse 4,
das wiederum eine Zuführleitung 5 umfasst,
in welcher ein die Verbrennung unterstützendes Fluid entlang eines
Einlassverteilers (nicht gezeigt) des Motors strömt, und einen Raum 6, der
an der Oberseite der Leitung 5 liegt und so gestaltet ist,
dass dieser die elektronische Zentralsteuereinheit 3 aufnehmen
kann.
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Mit
Bezug auf 2 umfasst der Drosselkörper 2 auch
eine Drosselklappe 7, die beweglich in der Zuführleitung 5 aufgenommen
ist, um das die Verbrennung unterstützende Fluid in Abhängigkeit
von seiner Position in der Leitung 5 zu regulieren; und eine
Betätigungseinrichtung 8 zum
wahlfreien Bewegen der Drosselklappe 7, um eine die Verbrennung unterstützende Fluidströmung zu
steuern. Insbesondere erstreckt sich die Leitung 5 koaxial
zu einer Achse 10; und die Drosselklappe 7 sitzt
auf einer Welle 11, welche sich koaxial zu einer Achse 12,
koplanar und senkrecht zur Achse 10, erstreckt und durch
die Seitenwand der Leitung 5 hindurch eingesetzt ist, so dass
ein Ende teilweise in den Raum 6 vorsteht. Die Welle 11 ist
so montiert, dass diese um die Achse 12 dreht und somit
die Drosselklappe 7 dreht.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 umfasst der
Drosselkörper 2 auch
einen Umgehungskreis (nicht gezeigt), der mit der Zuführleitung 5 verbunden ist
und im Körper
des Gehäuses 4 ausgebildet
ist, und zwar unterhalb des Raumes 6 und an den Seiten der
Leitung 5; und einen Elektromotor 14, der in einem
Sitz 15 aufgenommen ist, der im Körper des Gehäuses 4 unterhalb
des Raumes 6 ausgebildet ist und die Luftströmung zu
dem Umgehungskreis reguliert.
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In
dem gezeigten Beispiel ist der Elektromotor 14 ein Schrittmotor,
der durch die elektronische Zentralsteuereinheit 3 gesteuert
wird und ein im Wesentlichen zylindrisches Außengehäuse aufweist; und der Sitz 15 ist
im Wesentlichen in seiner Form komplementär zu der äußeren Karkasse des Motors 14,
um somit den Motor aufzunehmen.
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Mit
Bezug auf 1 ist der in dem Körper des
Gehäuses 4 ausgebildete
Raum 6 im Wesentlichen rechtwinklig und ist an seiner Oberseite
offen, um ein Einsetzen des Elektromotors 14 in den Sitz 15 zu
ermöglichen.
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Der
Drosselkörper 2 umfasst
auch eine Abdeckung 16, welche auf dem Gehäuse 4 sitzt,
um den Raum 6 abzudichten und mit dem Raum 6 ein
vollständig
geschlossenes Gehäuse
zu bilden, welches die elektronische Zentralsteuereinheit 3 aufnimmt.
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In
dem gezeigten Beispiel ist die Abdeckung 16 vorzugsweise
aus dem gleichen Material hergestellt wie das Gehäuse 4,
hat im Wesentlichen die gleiche Form wie der Raum 6 und
ist fest mit dem Gehäuse 4 durch
ein bekanntes Befestigungssystem befestigt, das zum Beispiel eine
Anzahl von Schrauben oder Bolzen oder dergleichen umfasst.
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In
dem in den beigefügten
Zeichnungen gezeigten Beispiel umfasst die elektronische Zentralsteuereinheit 3 eine
Anzahl von elektronischen Schaltkreisen (unten im Detail beschrieben),
die in geeigneter Weise an einer steifen Stützplatte 17 aus einem
Isoliermaterial (einstückig
oder angeformt) sind, die fest an der Abdeckung 16 angebracht
ist, so dass, wenn die Abdeckung an dem Gehäuse befestigt ist, die Platte 17 und
somit die elektronische Zentralsteuereinheit 3 im Raum 6 aufgenommen
sind.
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Die
Platte 17 ist so ausgebildet, dass diese auf ihrer äußeren Oberfläche, die
von der Abdeckung 16 weggerichtet ist, ein Verbindungsmodul 18 trägt, welches
bei Benut zung elektrisch mit einem Verbindungsmodul 19 des
Elektromotors 14 verbunden ist, um den Elektromotor 14 mit
den Antriebssignalen zu versorgen, die durch die elektronische Zentralsteuereinheit 3 erzeugt
werden, um die Öffnungsposition der
Umgehungsschaltung anzuzeigen.
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Mit
Bezug auf 1 hat die Platte 17 auf
ihrer äußeren Oberfläche auch
ein Verbindungsmodul 22, welches, wenn die Platte 17 in
dem Raum 6 aufgenommen ist, in einer Öffnung 20 sitzt, die
in der Bodenwand des Raumes 6 ausgebildet ist, die der
Leitung 5 zugewandt ist, um so auf der Bodenwand nach außen vorzustehen,
und ist mit einem externen Verbindungsmodul (nicht gezeigt) verbunden,
das wiederum durch Zweiwege-Verbindungsleitungen mit verschiedenen
Sensoren und elektronischen Einrichtungen am Fahrzeug verbunden
ist.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 umfasst das
Bauteil 1 auch einen Positionssensor 21, der im Raum 6 aufgenommen
ist und am Ende der Welle 11 der Drosselklappe 7 sitzt,
um fallweise ein Signal zu liefern, das die Winkelstellung der Klappe 7 anzeigt.
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Insbesondere
ist der Positionssensor 21 ein induktiver „kontaktloser" Sensor mit einem
beweglichen Teil 21a, das an der Welle 11 der
Drosselklappe 7 sitzt, um sich mit der Klappe um die Achse 12 zu drehen;
und einen festen Teil 21b (gezeigt durch die gestrichelte
Linie in 1), der an der Platte 17 befestigt
ist, so dass dem freien Ende des beweglichen Teils 21a gegenüber dem
an der Welle 11 angebrachten Ende zugewandt ist, wenn die
Platte 17 im Raum 6 aufgenommen ist.
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In
dem gezeigten Beispiel wird der bewegliche Teil 21a durch
einen magnetischen Rotor gebildet und wird der feste Teil 21b durch
einen Stator gebildet, der wiederum durch eine vorzugsweise Flachspule
gebildet wird, die auf der Platte 17 in einer Position
im Wesentlichen dem Rotor zugewandt, in Abstand von diesem und koaxial
zu diesem ausgebildet ist, um Variationen des Magnetfeldes zu erfassen,
die durch eine Rotation des magnetischen Rotors erzeugt werden,
und auf diese Weise ein Signal zu erzeugen, das einen Bezug dem
Drehwinkel der Drosselklappe 7 hat.
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Mit
Bezug auf 3 umfasst die elektronische
Zentralsteuereinheit 3 im Wesentlichen eine Haupteinheit 45 zum
Durchführen
sowohl der Rotorsteuerungs- und Diagnosevorgänge als auch der Immobilisierfunktionsvorgänge; und
eine Nebeneinheit 26 zum Steuern einer Anzahl von Lichtanzeigeeinrichtungen,
vorzugsweise mit wenigstens einer LED 27 zum Anzeigen eines
Zündungs-Deaktivierungszustands,
das heißt,
dass das Sicherheitssystem aktiviert ist.
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Insbesondere
umfasst die Haupteinheit 25 ein Motorsteuermodul 28 zum
Durchführen
von Vorgängen
der Motorzündung,
Ein-/Ausschaltung, Steuerung und Diagnose; und ein Sicherheitssystem-Steuermodul 29,
welches eine Steuerinformation von einer externen Steuereinrichtung 30 erhält und demgemäß die Zündung des
Motors durch ein Motorsteuermodul 28 deaktiviert oder autorisiert.
Insbesondere umfasst die externe Steuereinrichtung 30 einen
Schlüssel 31 mit
einem Transponder 32, der einen Benutzer-Identitätscode enthält; eine
Zündeinrichtung 33,
die durch den Schlüssel 31 betätigt wird, um
die Zündung/Ausschaltung
des Motors zu fordern; und eine Leseschaltung 34 zum Lesen
und Kodieren des Identitätscodes
im Transponder 32 in das Steuersignal zu Lieferung an das
Sicherheitssystem-Steuermodul 29.
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Das
Sicherheitssystem-Steuermodul 29 verarbeitet die Steuerinformation
in das Steuersignal und erzeugt demgemäß ein Steuersignal, das einen Zündungsaktivierungs-
oder -Deaktivierungszustand anzeigt. Insbesondere bestimmt das Sicherheitssystem-Steuermodul 29,
ob der Identitätscode
mit einer gegebenen Autorisierungsbedingung übereinstimmt oder nicht und
steuert demgemäß das Motorsteuermodul 28 mithilfe
des Steuersignals, um die Zündung des
Motors zu ermöglichen
oder nicht zu ermöglichen.
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Die
Nebeneinheit 26 erhält
das Steuersignal von dem Sicherheitssystem-Steuermodul 29 und schaltet
in dem Fall, in welchem das Steuersignal einen Motorzündungs-Deaktivierungszustand
(korrespondierend zur Aktivierung des Sicherheitssystems) kodiert,
die LED 27 in einen gegebenen Anzeigemodus.
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Mit
Bezug auf 3 umfasst die elektronische
Zentralsteuereinheit 3 auch eine Deaktivierungseinheit 35,
welche ein Steuersignal erhält,
das durch die Steuereinrichtung 30 erzeugt wird und deaktiviert
die Haupteinheit 25, wenn die Nebeneinheit 26 aktiviert
ist, das heißt,
wenn das Sicherheitssystem aktiviert ist. In diesem Zustand arbeitet
die elektronische Zentralsteuereinheit 3 in günstiger
Weise in einem niedrigen Verbrauchsmodus, indem sie nur den Betrieb
der Nebeneinheit 26 aufrechterhält, welche, wenn sie so ausgelegt
ist, dass sie einfach nur die LED 27 einschalten und steuern
muss, durch eine sehr wenig Strom verbrauchende Schaltung oder einen
solchen Mikroprozessor gebildet wird.
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Beim
Erhalt eines weiteren Steuersignals von der Steuereinrichtung 30 reaktiviert
die Deaktivierungseinheit 35 die Haupteinheit 25,
um dem Sicherheitssystem-Steuermodul 29 zu
ermöglichen, das
Vorhandensein von Zuständen
zu bestimmen, die benötigt
werden, um das Sicherheitssystem zu deaktivieren und somit das Motorsteuermodul 28 zu autorisieren,
den Motor einzuschalten. Insbesondre steuert das Sicherheitssystem-Steuermodul 29, wenn
die Autorisierungsbedingungen vorliegen, die Nebeneinheit 26 so,
dass diese das Sicherheitssystem-Ein-Anzeigelicht ausschaltet und
das Motorsteuermodul 28 so steuert, dass eine Zündung des
Motors möglich
wird.
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Umgekehrt
deaktiviert die Deaktivierungseinheit 35 das Sicherheitssystem-Steuermodul 29 wieder,
wenn die Autorisierungsbedingungen nicht vorliegen, und bleibt das
Motorsteuermodul 28 deaktiviert.
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Die
Vorteile des Bauteils 1, wie sie oben beschrieben sind,
sind klar: Durch Implementieren der Immobilisierfunktion in die
in den Drosselkörper 2 integrierte
elekt ronische Zentralsteuereinheit 3 kann das speziell
für das
Sicherheitssystem dienende externe Steuermodul beseitigt werden,
wodurch die Integrierung der mechanischen und elektrischen Bauteile
des Fahrzeugs verbessert werden. Darüber hinaus hat die Lage des
Positionssensors 21 in den durch die Abdeckung 16 dicht
verschlossenen Raum 6 den enormen Vorteil, den Positionssensor 21 gegenüber einer
Beschädigung
zu schützen,
die durch Schmutzablagerungen auf seinen elektrischen Komponenten
verursacht werden, wie bei bekannten Drosselkörpern, die durch elektrische
Potentiometer gebildete Positionssensoren verwenden. Solche Sensoren,
die außerhalb
des Drosselkörpergehäuses befestigt
sind, sind tatsächlich
den Schmutzabscheidungen auf den jeweiligen elektrischen Gleitkontakten
besonders ausgesetzt, was die Lebensdauer der Sensoren reduziert.
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Nennenswert
ist auch die Art und Weise, in welcher die Montage der Komponententeile
des Bauteils günstig
vereinfacht ist. Das heißt,
durch das Nichtvorhandensein elektrischer Verbindungen (Gleitkontakte)
zwischen dem beweglichen Teil 21a und dem festen Teil 21b des
Positionssensors 21 kann die Montage des Drosselkörpers und
des beweglichen Teils des Positionssensors im Raum des Drosselkörpers getrennt
gehalten werden von der Abdeckung 16 und unabhängig von
der Montage der Trägerplatte 17,
so dass die Montage des Bauteils 1 während einer späteren Stufe
durch einen abschließenden
Vorgang beendet werden kann, der ein einfaches Befestigen der Abdeckung 16 am
Gehäuse 4 des
Drosselkörpers 2 umfasst.
In dieser Stufe werden in der Tat die Trägerplatte 17 und somit
die elektronische Zentralsteuereinheit 3 in das Innere
des Raumes 6 eingesetzt und richten somit automatisch den
Stator aus, das heißt,
den festen Teil des Positionssensors 21, und den jeweiligen
Rotor. Das Befestigen der Abdeckung 16 am Gehäuse 4 verbindet auch
das Verbindungsmodul 18 der Platte 17 mit dem Verbindungsmodul 19 des
Elektromotors 14, wodurch jegliche innere elektrische Verdrahtung
in vorteilhafter Weise weggelassen werden kann. Darüber hinaus
ist der Stromverbrauch der elektronischen Zentralsteuereinheit 3 in
dem Deaktivierungszustand optimiert, was eine verlängerte Betriebsweise
des Sicherheitssystems ermöglicht,
ohne eine Gefahr, die Fahrzeugbatterien zu leeren. In der Tat ist
in dem Deaktivierungszustand die Haupteinheit 25 deaktiviert
und die optische Anzeigefunktion der LED 27 durch die Nebeneinheit 26 aktiv
gehalten, speziell für diesen
Zweck ausgelegt, eine geringere elektrische Leistung als die Haupteinheit 25 benötigt, was
den gesamten Stromverbrauch der elektronischen Zentralsteuereinheit 3 stark
verringert. In der Tat kann die Haupteinheit 25 durch einen
Mikroprozessor gebildet werden, der so ausgelegt ist, dass dieser
die oben beschriebenen Haupt- und Immobilisierfunktionen durchführt und
in einen Standby-Zustand umschalten kann, das heißt, temporär deaktiviert
sein kann, wenn die Zündung
des Motors deaktiviert ist, was den Verbrauch in vorteilhafter Weise
verringert; und die Nebeneinheit 26 kann durch eine elektronische
Schaltung oder einen Mikroprozessor geringer Leistung gebildet werden,
die so ausgelegt sind, dass sie die LEDs spezifisch steuern.
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Natürlich können Änderungen
am Steuerelement 1 durchgeführt werden, wie dies hier beschrieben
und dargestellt wird, ohne jedoch den Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.