DE854723C - Zuendeinrichtung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 26. MÄRZ 1953

ρ 1150Ia/46c³B

(V. St. A.)

Zündeinrichtungen für Brennkraftmaschinen mit gittergesteuerter Gasentladungsröhre und Kondensator im primären Stromkreis der Zündspule, dessen Entladung im sekundären Stromkreis denselben die für die Funkenbildung an der Zündkerze erforderliche Spannung induziert, sind bekannt. Bei diesen Zündeinrichtungen wird die Entladung des Kondensators dadurch bewirkt, daß das Gitter der Röhre einen positiven Spannungsstoß erhält; die Steuerung der Gasentladungsröhre erfolgt dabei unmittelbar durch einen Unterbrecher in der Gitterzuleitung.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß das bloße Kurzschließen von Gitter und Kathode der Entladungsröhre mittels intermittierend betriebener Unterbrecherkontakte in der Praxis nicht den gewünschten Grad von Regelmäßigkeit und Schnelligkeit des Zündens der Röhre ergibt, so daß unregelmäßige und schwache Funkenbildung an der Kerze auftritt.

Denn die Unterbrecherkontakte sind noch nicht¹ so ausgebildet, daß sie längere Zeit ohne Wartung und unter verschiedenen Bedingungen der Umgebung, also Temperatur, Feuchtigkeit usw., zuverlässig arbeiten. Vielmehr ist der Widerstandswert an den Kontakten des Unterbrechers nicht konstant; unter Umständen kann ein so hoher Widerstand auftreten, daß das Arbeiten, der Kerze verzögert und die Funkenbildung in der Kerze verschoben wird, so daß die Zündfolge unregelmäßig wird.

Es wurde nun gefunden, daß es notwendig ist, eine positive Spannung an das Gitter der Röhre zu legen, die groß ist im Vergleich zur normalen Gitterspannung zwischen Abschalten und Zünden. Dann erhält man einen genügenden Überschuß', um auch bei verschiedenen Zuständen der Unterbrecherkontakte ein sicheres Zünden zu gewährleisten.

Nach der Erfindung erfolgt die Steuerung der

Röhre nicht unmittelbar durch einen Unterbrecher in der Gitterzuleitung, sondern unter Zwischenschaltung eines Hilfskondemsators. Diese Schaltanordnung gewährleistet ein regelmäßigeres und schnelleres Zünden der Röhre als das bloße Kurzschließen von Gitter und Kathode der Röhre mit einem Unterbrecher, so daß die Funkenbildung an den Kerzen besonders bei, schneller Zündfolge regelmäßiger und stärker wird. Auch ist die Abnutzung ίο der Unterbrecherkontakte bei der erfindungsgemäßen Anordnung geringer als bei den bisherigen Ausführungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt Fig. ι ein Schaltschema,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zündspule mit Gehäuse und Klemmen bei abgenommenem Deckel,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 nach Fig. 2, wobei die Zündspule in Seitenansicht gezeigt ist, ao Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Einheit der Zündspule,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Zündspulenkern, Fig. 6 einen teilweisen Schnitt durch eine der Zündspulengruppen mit den primären und sekuna5 dären Windungslagen und mit den Isolationslagen. Wie Fig. ι zeigt, ist die Klemme 10 mit einer Hochspannungsgleichstromquelle, z. B. einer von 2500 Volt, verbunden. Spannungsteilerwiderstände 11 und 12 sind mit der Klemme 10 und der Erdeg so verbunden, daß zwischen der Anzapfung 13 und und der Erdeg eine Spannung von ungefähr 200 Volt besteht. Ein Widerstand 14 verbindet die Anzapfung 13 mit einem Hilfskondensator 15, der z. B. mit ungefähr 200 Volt geladen wird. Die Klemme 10 ist durch einen Widerstand 16 mit dem Hauptkondensator 17 und dieser wiederum mit der Primärwicklung P einer Zündspule 30 verbunden, deren sekundäre Wicklung S mit einem Zündverteiler 20 verbunden ist, durch den in wiederkehrender Folge Verbindungen mit den einzelnen Zündkerzen 21 der Maschine hergestellt werden.

Die Entladung des Hauptkondensators 17 wird durch eine wasserstoffgefüllte, gittergesteuerte Gasentladungsröhre 22 gesteuert, deren Anode 23 mit dem Hauptkondensator 17 und dessen Gitter 24 durch den Widerstand 25 mit einem Kontakt 26 des Unterbrechers verbunden ist, der mit dem. mit dem Hilfskondensator 15 verbundenen Unterbrecherkontakt 27 zusammenwirkt. Die Kathode 28 ist mit der Erde und der Klemme 280 verbunden, der eine Spannung von beispielsweise 6 Volt für die Heizung der Kathode aufgedrückt ist. Ein Widerstand 29 ist zwischen der Kathode und dem Gitter eingeschaltet, um zu verhindern, daß die Röhre 22 außerhalb des richtigen Zeitpunkts leitend wird.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Bevor die Unterbrecherkontakte 26 und 27 geschlossen werden, ist der Hauptkondensator 17 durch die Stromquelle über einen Stromkreis aufgeladen worden, der die Klemme 10, Widerstand 16, Hauptkondensator 17, Primärspule P der Zündspule 30 enthält und sich über die Erde schließt. Auch der Hilfskondensator 15 ist durch die Stromquelle über einen Stromkreis mit der Klemme 10, Widerstand 11, Anzapfung 13, Widerstand 14, Hilfskondensator 15 und Erde aufgeladen worden. Solange die Kontakte 26 und 27 offen sind, geht durch die Röhre 22 kein Strom. Sobald die Zündung erforderlich ist, schließen die Kontakte 26 und 27 und bewirken so die Entladung des Hilfskondensator« 15 durch einen Stromkreis mit Hilfskondensator 15, Kontakte 26, 2J, Widerstand 25, Gitter 24, Kathode 28 und über die Erde zurück zum Hilfskondensator. Die Entladung des Hilfskondensators 15 macht die Röhre 22 leitend, wodurch der Hauptkondensator 17 sich durch einen Stromkreis, enthaltend Kathode 28, Anode 23, Hauptkondensator 17, Primärwicklung P der Spule 30 und über Erde zurück zur Kathode 28 entlädt. Die Spule 30 ist so bemessen, daß ein Strom hoher Spannung und Frequenz in der sekundären Wicklung 5¹ erzeugt wird, der für die Zündung unter allen Umständen ausreicht, auch wenn die Kompression der Maschine hoch ist und die Zündkerzen verschmutzt sind. Nur während der Entladungszeit der Kondensatoren 15 und 17 durch die Röhre 22 führt diese Röhre Strom aus der Stromquelle über den Widerstand 16, auch wenn die Kontakte 26 und 27 geschlossen bleiben. Auf diese Weise wird der Stromquelle nur wenig Strom entnommen.

Eine Hochfrequenzspule ist im folgenden beschrieben mit Bezug auf die Fig. 2 bis 6. Die Spule ist so ausgebildet, daßi sie allem Anforderungen der Zündvorrichtung genügt. Die PrimärwicklungP der Spule 30 besteht aus zwei Spulengruppen 31, von denen jede vier parallel geschaltete Spulen besitzt. Die sekundäre Wicklung S hat zwei in Reihe geschaltete Teilspulen 35. Es gibt also zwei Zündspuleneinheiten C (Fig. 4), jede enthält vier primäre Spulen 32 und eine von den sekundären Teilspulen 35, die auf die Primärspulen aufgewickelt sind. Ein Schnitt durch die Einheit C ist in Fig. 6 im vergrößerten Maßstabe dargestellt. Um die Spuleneinheit zu wickeln, werden Papierlagen 40 auf einen herausziehbaren. Kern aufgebracht und dann vier primäre Drähte gruppenweise gleichzeitig in zwei Lagen aufgebracht. Beide Lagen werden durch ein Isolationspapier4i voneinander getrennt!. Hierdurch kommen die Zuleitungen 33 und die Ableitungen 34 der primären Spulen 32 auf das gleiche Ende der Spuleneinheit C, wie dies Fig. 4 zeigt. Auf die zweite Lage der primären Spulen 32 wird eine Anzahl Lagen von Isolationspapier 42 aufgewickelt. Die Wicklungen eimer sekundären Teilspule 35 werden dann auf das Isolationspapier 42 aufgewickelt, und zwar beginnend entgegengesetzt zu dem Ende der Spule, an dem die Ableitungen der primären Wicklung herausragen. Die sekundäre Spule 35 wird dann in zwei Lagen mit einer Zwischenlage aus Papier 43 aufgewickelt, so daß die Ableitungen 36 und 37 der sekundären Spule 35 von dem gleichen Ende der Spuleneinheit C ausgehen, und zwar von der entgegengesetzten Seite, an der die primären Zuführungen 33 und 34 liegen. Eine abschließende Isolation 44 wird auf die Außenseite der Spule aufgebracht.

Die beiden Einheiten C umgeben die Schenkel des Kerns 45, der durch Aufwickeln eines dünnen Stahl-

Streifens auf einen Kern hergestellt ist, der die in Fig. 5 dargestellte Form ergibt. Ein bevorzugtes Material für die Metallstreifen ist Hypersilstahl von 0,05 mm Dicke. Nach dem Aufwickeln wird der Kern nach der Linie X-Y geteilt, um so zwei Teile

45 ο und 45 b zu bilden, welche gegeneinandergestoßen werden, nachdem die Spuleneinheiten C mit dem Kern vereinigt sind. Sie werden durch ein Band

46 zusammengehalten, das um den Kern herumgewickelt und dessen Enden bei 47 miteinander verbunden sind.

Die Einheit aus Kern und Spule ist in einem Gehäuse 50 mit einem Befestigungsarm 51 untergebracht. Die Einheit wird in dem Gehäuse durch Winkelbleche befestigt. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Spuleneinheiten C auf dem Kern 45 so angeordnet, daß die primären Ableitungen auf einer Seite des Gehäuses 50 und die sekundären Ableitungen nahe der anderen Seite des Gehäuses liegen. Das Gehäuse 50 trägt zwei gleichachsige Isolatoren 55 a und 55 b, die eine Klemmschraube 54 tragen und durch eine Mutter 54 a zusammengehalten sind. Mit der Schraube 54 ist die nichtgeerdete Zuführung 53 der sekundären Spulen 35 verbunden. Der Draht 56 verbindet die beiden sekundären Spulen. Das andere Zuleitungsende 57 der sekundären Spulen ist am Gehäuse 50 geerdet. Die Klemmschraube 54 ist, wie Fig. ι zeigt, mit dem Verteiler 20 verbunden.

Die Zuleitungen 33 der einen primären Gruppe 31 sind mit flexiblen Leitungen mit den Zuleitungen 34 der anderen primären Gruppe 31 verbunden. Das gleiche gilt für die Ableitungen. Das geerdete flexible Kabel 58 ist mit dem Gehäuse 50 verbunden, das nicht geerdete flexible Kabel 59 ist mit einer Klemmschraube 60 verbunden. Diese geht durch die koaxialen Isolatoren 61 α und 61 b, welche wiederum vom Gehäuse 50 getragen und durch eine Mutter 60 a zusammengehalten werden. Die Klemme 60 ist, wie Fig. ι zeigt, mit dem Hauptkondensator 17 verbunden.

Die parallelen Verbindungen der primären Wicklungen bilden einen Weg von verhältnismäßig niedrigem Widerstand für die Entladung des Hauptikondensators 17. Die sekundären Spulen 35 sind in Reihe geschaltet. Dies erhöht die Spannung über die von einer Spule erzielbare. Im Ergebnis wird die für Zündzwecke zur Verfügung stehende Spannung erhöht.

Angenommen, der Stromkreis sei in seinem Anfangszustand, in dem die Kondensatoren 15 und 17 voll geladen und die Kontakte 26 und 27 offen sind. Dann hat das Gitter ein geringes negatives Potential gegenüber der Kathode 28 in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Batterie 28 a. Der Stromkreis ist daher bereit für die nächste Zündentladung an den Elektroden der Kerze 21.

Im Moment des Schließen« der Unterbrecherkontakte 26, 27 beginnt der Kondensator 15 sich durch diese Kontakte und die Widerstände 25, 29 zur Erde zu entladen.

Dieser Stromkreis enthält einen Spannungsteiler; an einem Zwischenpunkt desselben ist das Gitter 24 angeschlossen. Das Potential dieses Gitters 24 gegenüber der Kathode 28 erhebt sich demgemäß augenblicklich von Null auf einen hohen positiven Wert, der abhängig ist vom Verhältnis der Widerstände 25 und 29 (und eines geringen Widerstandes in den Kontakten 26, 27) und von dem Potential, auf das der Kondensator 15 geladen ist. Diese beiden Potentiale und das Verhältnis des Spannungsteilers 25, 29 sind so gewählt, daß sie eine genügend große Spannungserhebung des Gitters 24 sichern, um das Zünden der Röhre im wesentlichen unabhängig von dem Widerstand an den Kontakten: 26, 27 zu gewährleisten.

Gleichzeitig sind die Werte des Stromkreises so gewählt, daß mit Sicherheit auch bei vollständiger Leitfähigkeit der Kontakte 26, 27 die am Gitter 24 angelegte Spitzenspannung nicht so hoch ist, daß sie zu einer Beschädigung der Röhre führt.

Der Hilfskondensator 15 entladet sich in einer verhältnismäßig kurzen Zeit im Vergleich zum Schluß der Unterbrecherkontakte 26, 27. Da es erwünscht ist, daß während dieses Zeitraumes des Schlusses der Unterbrecherkontakte 26, 27 die Gleichstromquelle, von der die Kondensatoren 15, 17 geladen werden, möglichst gering belastet wird, müssen der Widerstand 14 und der mit ihm in Reihe liegende Teil 11 des Spannungsteilers möglichst hoch sein. Die obere Grenze der Größe der Widerstände 11 und 14 ist jedoch bestimmt einesteils durch die Kapazität des Hilfskondensators 15 und anderntieilsi durch die für dessen Aufladung verfügbare Zeit nach dem öffnen der Kontakte 26, 2y. Die Kapazität des Hilfskondensators wird in ihrer Höhe in erster Linie mit Rücksicht auf dessen Entladungsfunktion gewählt, desgleichen auch seine Ladungsspannung, wie schon dargelegt. Die Dauer der öffnung der Unterbrecherkontakte 26, 27 ist hauptsächlich abhängig von der maximalen Frequenz der Entladungen des Hauptkondensators 17, die durch die besondere Verwendung der Zündeinrichtung bestimmt wird.

Solange die Kontakte 26, 27 geschlossen sind, wird die Spannung im Kondensator 15 durch die i°5 Widerstände n, 14, 25, 29 auf einen niedrigen Wert gebracht, den der durch die Widerstände 11, 14 fließende Ladestrom an der positiven Platte des Kondensators erzeugt. Er ist gleich dem Spannungsabfall des Entladestromes in den Widerständen 25, no 29. Sobald aber diese Kontakte wieder geöffnet werden, beginnt der Hilfskondensator 15 sich durch den Stromkreis wieder aufzuladen, bis seine Spannung den Wert erreicht, der durch das Verhältnis der Teile 11, 12 des mit der Gleichstromquelle verbundenen Spannungsteiles bestimmt wird. Die Kondensatorspanniung ist wieder stabilisiert, bis¹ der nächste Entladungszyklus durch die Unterbrecherkontakte 26, 27 eingeleitet wird.

Während des ersten Teils des> eben beschriebenen Vorganges wird der Hauptkondensator durch die Röhre 22 und die Primärwicklung 30 des Transformators entladen. Diese Entladung findet statt während der Zeit, die erforderlich ist für die Entladung des Hilfskondensators 15 auf seinen unteren festgelegten Spannungs wert.

Da die Röhre 22 nach ihrer Zündung einen kurzen Strom zwischen Anode und Kathode aufweist und da sie ferner mit der Gleichstromquelle unter alleiniger Zwischenschaltung des Widerstandes 16 verbunden ist, muß dieser Widerstand einen Wert haben, der die Belastung der Stromquelle auf einem möglichst niedrigen Wert hält so lange, wie die Röhre 22 leitend ist. Der Widerstand 16 liegt jedoch auch in Reihe mit dem Hauptkondensator 17 und bildet dessen Ladewiderstand (der Widerstand der Primärwicklung 30 ist gegenüber dem Widerstand 16 zu vernachlässigen). Die Hauptaufgabe des Kondensators 17 ist es, in der Zündkerze genügend starke Funken zu erzeugen, wie sie für die Zündeinrichtung erforderlich sind. Dieses Erfordernis bestimmt die Kapazität des Kondensators für einen gegebenen Wert der von der Gleichstromquelle gelieferten Spannung. Diese wiederum bestimmt den zulässigen Höchstwert des-Widerstandes 16, welcher

ao die volle Ladung des Kondensators gewährleistet in dem Intervall zwischen Vollendung der Entladung durch die Röhre 22 und Widerschließen der Unterbrecherkontakte 26, 27.

Ausreichende elektrische Bemessungen sind folgende :

Widerstand 11: 5 Megohm; 2 Watt

12: 5 Megohm, 1 Watt

14: 8 Megohm, 1 Watt

16: 100 000 Ohm, 50 Watt - 25: 2 500 Ohm

29: 25 000 Ohm

Hilfskondensator 15: 0,001 Mikrofarad Hauptkondensator 17: 0,02 Mikrofarad

Jede Spule 32: 11 Windungen Lackdraht

von 0,33 mm 0 - - 35: 62 Windungen Lackdraht

von 0,33 mm 0

Die gittergesteuerte Gasentladungsröhre 22 soll Wasserstoff oder ein ähnliches Gas enthalten mit solchen Merkmalen, daß hierdurch bei Temperaturänderungen, wie sie für Zündeinrichtungen üblich sind, die Wirkung nicht merklich beeinflußt wird. Die beschriebene Vorrichtung ist ein Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung nicht beschränkt ist.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Unterbrecher im primären und einem Verteiler im sekundären Stromkreis der Zündspule, wobei der primäre Stromkreis einen Hauptikondensator enthält, dessen Entladestromkreis eine gititergesteuerte Gasentladungsröhre und die Primärwindungen der Zündspule umfaßt

   und in dessen an eine Gleichstromquelle angeschlossenem Ladestromkreis ein Widerstand liegt, gekennzeichnet durch einen Hilfskondensator (15), dessen Entladestromkreis die Unterbrecherkontakte (26, 27) und das Gitter (24) de· Gasentladungsröhre (22) und dessen Ladestromkreis im Anschluß* an die Stromquelle einen Widerstand (14) enthält, so daß das Schließen der Unterbrecherkontakte (26, 27) eine Entladung 'des Hilfskondensators (15) bewirkt, welche die Gasentladungsröhre (22) leitend macht und dadurch die Entladung des Hauptkondensators (17) bewirkt, worauf die Gasentladungsröhre bis zur nächsten Entladung aufhört zu leiten.
2. 2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit der Stromquelle verbundenen Spannungsteiler (11, 12), an dem getrennt (10, 13) die Ladestromkreiswiderstände (16, 14) des Haupt- und Hilfskondensators (17, 15) angeschlossen sind, und durch einen Widerstand (25) zwischen einem Unterbrecherkontakt (26) und dem Gitter (24) sowie einen Widerstand (29) zwischen dem Gitter (24) und der Kathode (28) der Gasentladungsröhre (22), wobei der Widerstandswert des Ladestromkreises des Hilfskondensators wesentlich größer ist als derjenige der letztbezeichneten beiden Widerstände (25, 29).
3. 3. Spuleneinhöit zur Verwendung für Hochfrequenzzündvorrichtungen nach den Ansprüchen 1 und 3, bestehend aus mehreren parallel miteinander aufgewickelten primären Drähten, so daß sie eine Mehrzahl von primären Spulen bilden, und aus einem sekundären, über die primären Drähte aufgewickelten Leiter, fer,ner aus Mitteln für die Parallelschaltung der primären Spulen und aus einem endlos gewickelten Kern aus dünnem magnetischem Material.
4. 4. Spuleneinheit zur Verwendung für Hochfrequenzzündvorrichtungen nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus mehreren parallel miteinander aufgewickelten primären Drähten, so daß sie eine Mehrzahl von primären Spulen bilden, und aus einem sekundären über die primären Drähte aufgewickelten Leiter, ferner aus Mitteln für die Parallelschaltung der primären Spulen und aus Mitteln für die Reihenschaltung der sekundären Spulen und aus einem endlos gewickelten Kern aus dünnem magnetischem Material, der die Spuleneinheiten umfaßt.

   Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 734 254.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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