Elektrische Andreh-Schaltvorrichtung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Andreh-Schaltvorrichtung an einer Brennkraftma- schine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dessen Andrehmotor aus einer Batterie gespeist wird und im Betriebsstromkreis dieses Motors ein elektromagne tisches Schaltschütz hat, das durch Schliessen eines Schalters mit der Batterie verbunden wird und dann den Betriebsstromkreis schliesst.
Bei bekannten Schaltvorrichtungen, die als An- lasssp,-rren dienen, wird entweder die Klemmenspan nung der Lichtmaschine oder der im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine entstehende Unterdruck zur Be tätigung von elektromagnetischen Relais oder von mechanischen Schalteinrichtungen verwendet.
Diese sollen während des Anlassvorgangs dien Andrehmotor so lange eingeschaltet halten, bis die Brennkraft- maschine eine vorgegebene Mindestdrehzahl erreicht hat und dann den Betriebsstromkreis des Andreh- rnotors unterbrechen. Ausserdem soll mit diesen An lass-Sperrvorrichtungen das Einschalten des Betriebs stromkreises des Andrehmotors verhindert werden, solange sich die Brennkraftmaschine noch dreht.
Dies ist insbesondere dann schwierig, wenn die Brennkraft- maschine trotz abgeschalteter Zündung oder Brenn stoffzufuhr nur noch infolge ihrer Massenschwung kraft bis zum Stillstand weiterläuft. Bei Verwendung von elektromagnetischen Relais, die an die Lichtma- schinenspannung angeschlossen sind, muss dafür ge sorgt werden, dass die Einschaltstellung für kurze Zeit über denjenigen Zeitpunkt hinaus aufrechterhalten bleibt, in dem die Lichtmaschinenspannung die Halte spannung des Relais unterschreitet, damit inzwischen die Brennkraftmaschine völlig zum Stillstand kommen kann.
Derartige Verzögerungseinrichtungen verteuern die Anlage erheblich. Es ist denkbar, die Steuerung der Anlass-Sperrvor- richtung durch eine elektrische Stromquelle zu be werkstelligen, die einen impulsförmigen Spannungs verlauf hat und bei jeder Umdrehung der Brennkraft- maschine wenigstens einen Steuerimpuls liefert. Diese Impulse sollen in einem integrierenden Zeitglied zur Erzeugung einer Steuerspannung für ein Hilfsrelais gespeichert werden,
dessen Schaltkontakte im Strom kreis des dem Andrehmotor vorgeschalteten Schalt- schützes angeordnet sind. Ein besonders einfacher Aufbau und eine zuverlässige Wirkungsweise ermög licht eine Schaltvorrichtung, die gemäss der Erfindung ausser einem mit seinen Arbeitskontakten im Steuer stromkreis des Schaltschützes angeordneten Hilfsrelais wenigstens einen Transistor enthält, der dem Hilfs relais vorgeschaltet und an einen Impulsgeber ange schlossen ist, dessen Frequenz mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine steigt, während die Länge seiner Impulse drehzahlunabhängig ist,
und bei welcher Schaltvorrichtung darüberhinaus ein integrierendes Zeitglied vorgesehen ist, durch welches das Hilfsrelais unterhalb einer gegebenen Mindestdrehzahl der Brenn- kraftmaschine geschlossen gehalten wird.
Bei Brennkraftmaschinen mit einer Hochspan- nungszündanlage kann man die beim Öffnen und Schliessen des Zündunterbrechers impulsförmig sich ändernde Spannung an der Primärwicklung der Zünd- spule zur Steuerung der Schaltvorrichtung verwenden. Bei Dieselmaschinen dagegen steht eine solche Span nung nicht ohne weiteres zur Verfügung.
Man kann jedoch durch einen von der Nockenwelle der Brenn- kraftmaschine gesteuerten und zusammen mit einem Widerstand an die zum Betrieb des And'rehmotors er forderliche Batterie angeschlossenen Unterbrecher in einfacher Weise eine sich im Takte der Maschinen- drehzahl impulsförmig ändernde Spannung erzeugen.
Die Verwendung von Transistoren bringt dabei den erheblichen Vorteil mit sich, dass zum Integrieren der Steuerimpulse verhältnismässig kleine Kondensatoren ausreichen und trotzdem eine genügend lange Ver zögerungszeit erzielt wird, über die der Andrehmotor während des Auslaufvorgangs der Brennkraftmaschine gesperrt bleibt.
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei Anlass-Sperrvorrichtungen an einer zum Betrieb mit Hochspannungszündung bestimmten Brennkraftmaschine dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Schaltschema des ersten Ausfüh rungsbeispiels, während in Fig. 2 ein Ausschnitt aus dem Schaltschema einer anderen Anlass-Sperrvorrichtung dargestellt ist. Beim ersten Ausführungsbeispiel ist zum Anwer fen der mit 10 bezeichneten Brennkraftmaschine ein Anlasser 11 vorgesehen, in dessen Betriebsstromkreis ein Anlasserschütz 12 liegt.
Das Schütz hat eine Ma gnetisierungsspule 13 und einen beweglichen Schalt arm 14, der mit einem feststehenden Arbeitskontakt 15 zusammenwirkt. Der Schaltarm 14 und der Ar beitskontakt 15 liegen im Zuge einer an den Pluspol einer 12-Volt-Batterie 17 angeschlossenen Zufüh rungsleitung 18, an die ausserdem ein handbetätigter Zündschalter 20 angeschlossen ist. Dieser führt zu einer Hilfsleitung 21.
An die Hilfsleitung 21 ist die Primärwicklung 23 einer Zündspule angeschlossen, die mit einem Unterbrechernocken 24 und einem Ver teiler 25 zusammenarbeitet. Der Verteiler hat eine umlaufende Verteilerelektrode 26, an die die sekun- därseitige Hochspannungswicklung 27 der Zündspule angeschlossen ist. Am Umfang des Verteilers sind vier feststehende Elektroden 28 gleichmässig verteilt angeordnet und mit je einer der vier Zündkerzen 29 der Brennkraftmaschine über ein Zündkabel 30 ver bunden.
Der besseren übersichtlichkeit halber ist in der Zeichnung nur das zum ersten Zylinder der Brennkraftmaschine führende Zündkabel dargestellt.
Der mit dem Verteiler 25 auf einer gemeinsamen, mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gekup- pelten Antriebswelle 33 sitzende Unterbrechernocken 24 arbeitet mit einem Unterbrecherhebel 34 zusam men, dessen feststehender Kontakt 35 an eine mit dem Minuspol der Batterie 17 verbundene Leitung 36 angeschlossen ist.
Parallel zu dem aus dem Unterbre- cherhebel 34 und dem feststehenden Unterbrecher kontakt 35 bestehenden Zündunterbrecher der Hoch spannungszündanlage liegt ein Zündkondensator 37. Bei jedem öffnen und Schliessen des Unterbrechers entsteht an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Primärspule 23, der Sekundärwicklung 27, des Unter brecherhebels 34 und des Zündkondensators 37 eine sich impulsförmig ändernde Spannung mit etwa recht- eckförmigem Verlauf.
Diese Spannung ist zur Steue rung der im folgenden näher beschriebenen Anlass- Sperrvorrichtung verwendet.
Die Anlass-Sperrvorrichtung enthält ein Hilfs- relais 40 mit einem Arbeitskontaktpaar, das von einem beweglichen Schaltarm 41 und einem Fest kontakt 42 gebildet wird.
Ausserdem gehören zur An lass-Sperrvorrichtung zwei Germaniumtransistoren vom p-n-p-Typ, von denen der in der Zeichnung mit T2 angedeutete zweite Transistor mit seiner Kollek- torelektrode K2 an das eine Ende der zum Hilfsrelais 40 gehörenden Magnetisierungsspule 43 angeschlos sen ist, deren anderes Ende mit der Minusleitung 36 verbunden ist.
Die Emitterelektrode E2 des Transi stors T2 liegt über einen Emitterwiderstand 45 von 30 Ohm an einem der beiden nicht näher bezeich neten Kontakte eines von Hand betätigbaren Druck knopfschalters 46, dessen anderer Kontakt mit der Hilfsleitung 21 verbunden ist. Zum Anlassen der Brennkraftmaschine wird der in seiner Ruhestellung geöffnete Handschalter 46 eingelegt und verbindet dann die Emitterelektrode des Transistors T2 mit dem Pluspol der Batterie 17, sofern der Zündschalter 20 geschlossen ist.
Dadurch kann die Magnetisierungs- wicklung 43 über den Transistor T2 mit einem zum Schliessen des Arbeitskontaktes 41, 42 des Hilfsrelais 40 erforderlichen Strom versorgt werden, so dass auch das Anlasserschütz 12 in seine Anzugsstellung ge bracht und der Anlasser 11 über den Schützenkontakt 15, 14 den zum Anwerfen der Brennkraftmaschine erforderlichen Strom erhält. Dies ist jedoch nur möb lieh,
wenn der zwischen der Basis B2 des Transistors T2 und der Hilfsleitung 21 angeordnete Elektrolyt kondensator 47 von etwa 200 pF eine Ladespannung aufweist, die grösser ist als der am Emitterwiderstand 45 beim Einlegen des Druckknopfes 46 entstehende Spannungsabfall. Der Kondensator 47 wirkt nämlich als integrierendes Zeitglied für die an der Sekundär wicklung 23 der Zündspule abgenommenen und durch den Transistor T1 verstärkten Impulse. Je schneller die Brennkraftmaschine läuft, um so rascher folgen die Impulse aufeinander und setzen die Spannung am Kondensator 47 herunter, bis diese schliesslich nicht mehr ausreicht, den Transistor T2 in stromleitendem Zustand zu halten.
Das Hilfsrelais fällt dann ab und schaltet den Anlasser über das ebenfalls öffnende Anlasserschütz aus.
Der Transistor T1 liegt mit seiner Basis B1 über einen Kondensator 50 von 1 ,uF und einem mit diesem in Reihe geschalteten Dämpfungswiderstand 51 von 25 K-Ohm am Verbindungspunkt der Primärwick lung 23 und der Hochspannungswicklung 27 der Zündspule.
Bei jedem Schliessen des Unterbrecher- kontaktes 34, 35 erhält dieser Verbindungspunkt das Potential der Minusklemme der Batterie 17, so dass der in diesem Augenblick praktisch ungeladene Kon densator 50 sich über die Plusleitung 18, den Zünd- schalter 20 sowie einen in der Emitterzuleitung des Transistors T1 liegenden Gleichrichter 53 und die Emitterbasis-Strecke aufladen kann. Dieser vom Emit- ter El zur Basis<I>B 1</I> des Transistors<I>T l</I> fliessende Strom hat zur Folge, dass der Transistor T1 leitend wird.
Sein von der Kollektorelektrode KI über einen Arbeitswiderstand 54 fliessender Kollektörstrom J1 erzeugt dann am Widerstand 54 einen Spannungs- abfall, während gleichzeitig sich ein Teil der Ladung des Kondensators 47 über den stromleitenden Tran sistor T1 ausgleicht. Die dadurch entstehende Span nungsabsenkung am Kondensator 47 wird um so grösser, je schneller die an der Primärwicklung 23 der Zündspule abgenommenen Impulse aufeinander folgen.
Wenn die an der Basis<I>B2</I> des Transistors<I>T2</I> wirksam werdende Spannung des Kondensators 47 schliesslich so klein geworden ist, dass der vom Emit- ter E2 zur Basis B2 fliessende Steuerstrom des Tran sistors T2 nicht mehr ausreicht, die Magnetisierungs- wicklung 43 mit einem ausreichenden Strom zu ver sorgen, fällt das Hilfsrelais 40 ab und schaltet über das Anlasserschütz 12 den Anlasser 11 aus.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Anlage besteht darin, dass die Dauer der die Entladung des Kondensators 47 bewirkenden, vom Transistor T1 erzeugten Impulse durch die Grösse des Widerstandes 51 und die Grösse des Kondensators 50 bestimmt und daher von der Drehzahl der Brennkraftmaschine un abhängig ist, während die Pausen zwischen den ein zelnen Impulsen mit steigender Drehzahl kürzer wer den und demzufolge der Kondensator 47 über den Widerstand 54 nicht mehr so stark nachgeladen wer den kann, dass die während der Impulse entzogene Ladung voll ersetzt wird.
Der von der Verbindungs leitung zwischen dem Kondensator 50 und der Basis B1 des Transistors T1 zur Hilfsleitung 21 führende und in dieser Richtung stromdurchlässige Gleichrich ter 55 stellt bei dem beschriebenen Vorgang sicher, dass sich der Kondensator 50 während der öffnungs- zeit des Unterbrechers 34, 35 auch bei hohen Dreh zahlen der Brennkraftmaschine annähernd vollständig entladen kann und die beim Öffnen des Unterbrechers entstehenden Spannungssprünge unterdrückt werden.
Da der Batterie 17 während des Anlassvorgangs ein sehr starker Strom entnommen wird, kann es ins besondere in der kalten Jahreszeit vorkommen, dass die Batteriespannung kurzzeitig bis auf die Hälfte ihres Nennwertes abfällt.
Da in diesem Fall die Ge fahr besteht, dass die Batteriespannung dann nicht mehr ausreicht, um das Hilfsrelais 40 in seiner Ein schaltstellung zu halten, ist auf dem Hilfsrelais eine Stromspule 44 vorgesehen, die mit der Magnetisie- rungsspule 43 auf den gleichen nicht dargestellten Eisenkern gewickelt und so in den über den Kon takt 41, 42 geführten Stromkreis des Anlasserschützes 12 eingeschaltet ist,
so dass der in der Stromspule 44 fliessende Steuerstrom des Schaltschützes den über die Wicklung 43 gehenden Kollektorstrom des Tran sistors T2 unterstützt und das Relais 40 trotz er heblicher Spannungsabsenkung der Batterie in seiner Anzugsstellung hält.
Die in der Emitterzuleitung liegende, vorzugsweise aus Silizium bestehende Kristalldiode 53 soll bei still stehender Brennkraftmaschine verhindern, dass der Transistor T1 einen hohen Ruhestrom führt, weil sonst der als integrierendes Zeitglied wirkende Kon densator 47 nicht auf seiner vollen Ladung gehalten würde und dann der zweite Transistor T2 beim Star ten das Hilfsrelais 40 nicht mehr erregen könnte.
Die Kristalldiode 53 kann entfallen, wenn der Transistor T1 aus Silizium besteht.
Bei der beschriebenen Anlage erreicht man da durch, dass der Handschalter 46 hinter dem gemein samen Anschlusspunkt der Spule 44 und des positiven Pols des Kondensators 47 in die Zuführungsleitung zur Emitterelektrode E2 des Transistors T2 einge schaltet ist, eine wesentliche Verkürzung der An sprechzeit des Hilfsrelais 40, weil beim Betätigen des Druckknopfschalters 46 der Kondensator 47 bereits aufgeladen ist, sofern sich der Zündschalter 20 in seiner Schliessstellung befindet.
Wenn man in Ab- änderung der dargestellten Schaltung den positiven Pol des Kondensators 47 zusammen mit einem Wick lungsende der Spule 44 an den gleichen Kontakt des Druckknopfschalters 46 legt, an den der Emitter- widerstand 45 des Transistors T2 angeschlossen ist, kann man zusätzlich eine Einschaltverzögerung erzie len, weil dann der Kondensator 47 beim Einlegen des Druckknopfschalters 46 ungeladen ist und sich erst auf eine ausreichende Spannung über den Wider stand 54 aufladen muss,
bis der Transistor T2 strom leitend werden und das Anlasserschütz 12 in die Einschaltstellung bringen kann. Eine solche Schaltung ist besonders dann vorteilhaft, wenn man eine auto matische, mit dem Schliessen des Zündschalters 20 in Tätigkeit tretende Anlassvorrichtung schaffen will, durch welche die Brennkraftmaschine 10 erneut ge startet wird, wenn diese z. B. wegen zu grosser Be lastung und gleichzeitiger unzureichender Brennstoff zufuhr stehengeblieben ist.
Derartige Anlagen können besonders dort Bedeu tung haben, wo mit der Brennkraftmaschine ein Stark stromgenerator verbunden ist. In diesem Falle kann der Zündschalter 20 als Ruhekontaktschalter eines elektromagnetischen Spannungsrelais ausgebildet sein, das an zwei Phasenleitungen eines Starkstromnetzes liegt und so lange offen gehalten wird, als zwischen den Starkstromleitungen die erforderliche Spannung vorhanden ist.
Wenn dann beispielsweise durch eine Betriebsstörung im Starkstromnetz die Spannung ab sinkt oder zusammenbricht, wird der Schalter ge schlossen und die Brennkraftmaschine angeworfen. Diese kann dann den Starkstromgenerator antreiben und diesen zur Erzeugung des Notstromes veranlas sen. Gleichzeitig mit dem Schliessen des Zündschalters 20 können Starkstromschalter betätigt werden, mit deren Hilfe die seither am Netz betriebenen Ver braucher auf den Generator umgeschaltet werden.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung der mit zwei Transistoren T3 und T4 aus gerüsteten Sperrvorrichtung durch eine dritte Wick lung 56, die sich zusammen mit einer Primärwicklung 57 und einer Hochspannungswicklung 58 auf dem gemeinsamen, mit 59 angedeuteten Kern einer Zünd- spule befindet.
Die Primärwicklung 57 liegt in Reihe mit einem Zündunterbrecher, dessen beweglicher Schaltarm 60 mit der Minusklemme einer Starter batterie 61 verbunden ist und von einem Unter brechernocken 64 gesteuert wird, der mit einem Ver teiler 65 mit umlaufender Verteilerelektrode 66 auf einer gemeinsamen Antriebswelle 63 sitzt. Bei jedem Öffnen und Schliessen des Zündunterbrechers entsteht in der dritten Wicklung 56 der Zündspule ein Span nungsstoss,
der von der Drehzahl der Brennkraft- maschine praktisch unabhängig ist und von dem Transistor T3 verstärkt wird, wenn er die in Fig. 2 mit einem Pfeil angedeutete Richtung hat.
Die ver stärkten Impulse werden in dem als Zeitglied dienen den Kondensator 67 dadurch integriert, dass dem bei stillstehender Brennkraftmaschine und eingelegtem Zündschalter 68 auf die volle Batteriespannung auf geladenen Kondensator bei jedem der in der ange gebenen Pfeilrichtung induzierten Spannungsstösse über den Transistor T3 kurzzeitig ein Teil seiner Ladung entzogen wird.
Wenn zum Einschalten des Anlassers der Druckknopf 70 eingelegt und dadurch die Emitterelektrode des Transistors T4 über ihren Emitterwiderstand 71 an die positive Klemme der Starterbatterie angeschlossen wird, fliesst zunächst in folge der am Kondensator 67 von 200 ,ecF liegenden Spannung ein hoher Kollektorstrom über die Wick lung 73 des Hilfsrelais, dessen aus einem Schaltarm 75 und einem feststehenden Kontakt 76 bestehender Arbeitskontakt im Betriebsstromkreis eines in Fig. 2 nicht dargestellten Anlasserschützes liegt.
Der zu die sem Schütz fliessende Schaltstrom J ist in Fig. 2 mit einem Pfeil angedeutet. Er geht über eine Haltespule 80, die zusammen mit der Wicklung 73 auf einem gemeinsamen Kern sitzt. Diese Hilfsspule verhindert, dass das Hilfsrelais bei zu niedriger Batteriespannung flattert und bewirkt, dass es während des Anlassens so lange fest in seiner Einschaltstellung gehalten wird, bis die Brennkraftmaschine anspringt.
Es schaltet erst aus, wenn die Brennkraftmaschine mit so hoher Dreh zahl läuft, dass die in der Wicklung 56 der Zündspule entstehenden Steuerimpulse sehr rasch aufeinander folgen und dadurch den Kondensator 67 auf eine wesentlich niedrigere Spannung bringen. Wenn näm lich die vom Transistor T3 verursachten Entlade stromstösse rasch genug aufeinander folgen, kann der Kondensator in den zwischen den Impulsen liegenden Pausen nicht ausreichend nachgeladen werden, so dass seine Spannung sinkt und der Transistor T4 des Hilfsrelais nicht mehr in seiner Einschaltstellung zu halten vermag. Dieses fällt dann ab und schaltet dabei das Anlasserschütz und den Anlasser aus.
Da die Stärke der Entladung des Kondensators 67 von der Grösse des Kollektorwiderstandes 82 ab hängt, empfiehlt es sich, diesen veränderlich zu ma chen und auf einen mittleren Wert von etwa 5 K-Ohm einzustellen. Man kann dann diejenige Drehzahl, bei der die Anlass-Sperrvorrichtung den Anlasser aus schaltet, mit Hilfe des Widerstands 82 einstellen.
Selbstverständlich kann man in der bereits beim ersten Ausführungsbeispiel angedeuteten Weise Vor richtungen anbringen, durch welche der Schalter 70 selbsttätig in seiner Einschaltstellung gehalten wird, solange der Zündschalter 68 geschlossen ist, oder auf den Druckknopfschalter 70 ganz verzichten und die dargestellte Schaltvorrichtung dazu benutzen, den An lasser selbsttätig wieder einzuschalten, wenn die Brennkraftmaschine stehengeblieben ist.
Wenn die Brennkraftmaschine bei geöffnetem Zündschalter längere Zeit stillgestanden hat und durch Einlegen des Zündschalters 68 gestartet wird, wirkt sich der Kondensator 67 so aus, dass nach dem Einlegen des Zündschalters 68 erst etwa 1 Sekunde vergehen muss, bis der Kondensator 67 so weit aufgeladen ist, dass das Anlasserschütz über das Hilfsrelais 74 und den vorher gesperrten Transistor T4 in seine Einschalt stellung gelangt.
Wenn jedoch die Brennkraftmaschine bei geschlossenem Zündschalter aus dem Lauf heraus stehenbleibt, vergeht nur etwa die Hälfte dieser Ver zögerungszeit zwischen demjenigen Zeitpunkt, an dem die Brennkraftmaschine ihren Stillstand erreicht hat und demjenigen Zeitpunkt, bei dem der Anlasser selbsttätig wieder eingeschaltet wird.