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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Zündeinrichtung, wie sie gemäss dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 als bekannt vorausgesetzt wird. Bei der bekannten Zündeinrichtung
(DE-OS 25 49 586) wird die Regelspannung in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt erzeugt,
zu welchem der Strom durch die Primärazicklung der Zündspule nach dem Schliessen
des Unterbrechers bzw. nach dem Durchschalten des elektronischen Unterbrechers in
Form einer Darlington-Transistorschaltung einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.
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Inshesondere beginnt bei der bekannten Zündeinrichtung nach dem Erreichen
des Maximalwerts des Primärstroms die Aufladung eines Kondensators aus einer Konstantstromquelle
bis auf einen Scheitelwert zum Zeitpunkt des öffnens des Unterbrechers bzw.
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des Sperrens der Darlington-Schaltung. Zu diesem Zeitpunkt beginnt
eine definierte Entladung des Kondensators über eine weitere Konstantstromquelle.
Die Spannung über dem Kondensator wird als Regelspannung an einem Eingang des Schwellwertschalters
wirksam und bestimmt dessen Schaltschwelle für das Umschalten in Abhängigkeit von
dem Gebersignal derart, dass die Schliesszeit für den Unterbrecher verkürzt wird,
wenn der maximal zulässige Strom über die Primärwicklung bereits mehr oder weniger
früh vor dem Ende der Schliesszeit erreicht wird.
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Auf diese Weise wird bei der bekannten Zündeinrichtung mit
elektronischen
Mitteln eine Schliesszeitregelung erreicht, die es ermöglicht, auf komplizierte
und teure Sonderformen für den Geber zur Gewinnung einer Wechselspannung spezieller
Kurvenform am Ausgang desselben zu verzichten. Nachteilig ist es an der bekannten
Zündeinrichtung jedoch, dass es nicht ohne weiteres möglich ist, eine Seite der
Spule des Gebers zu erden, über der die Steuerspannung anfällt und dass ausserdem
ein erheblicher schaltungstechnischer Aufwand mit einer Vielzahl diskreter Halbleiterbauelemente
erforderlich ist, der die bekannte Zündeinrichtung verhältnismässig teuer und störanfällig
macht.
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Ähnliche Probleme ergeben sich bei einer anderen, aus der DE-AS 2
124 310 bekannten Zündanlage für Brennkraftmaschinen, bei der die Schaltschwelle
für einen Transistor zur Regelung des Schliesswinkels ebenfalls in Abhängigkeit
von dem Zeitpunkt variiert wird, zu welchem der Maximalwert des Primärstroms innerhalb
der Schliesszeit erreicht wird.
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Aufgabe der Erfindung Ausgehend vom Stande der Technik und den vorstehend
aufgezeigten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Zündeinrichtung anzugeben, bei der die flöglichkeit besteht, den Geber einseitig
zu erden, bei der ferner die Schliesswinkelsteuerschaltung und die zugehörigen Regeleinrichtungen
in einer integrierten Schaltung zusammengefasst werden können und bei der zusätzlich
die Möglichkeit besteht, mindestens einen ausgewählten Betriebsparameter einer mit
der Zündeinrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine bei der Regelung des relativen
Schliesswinkels zu berücksichtigen.
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Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Zündeinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung Die Zündeinrichtung gemäss der Erfindung bietet
den entscheidenden Vorteil, dass für die Gewinnung der Regelspannung keine spezielle
Signal form des Signalgebers und auch keine genau abzugleichenden Schaltkreise zur
Regelspannungsgewinnung erforderlich sind, die gegebenenfalls noch eine besondere
Temperaturkompensation aufweisen; stattdessen wird die Regelspannung zur Regelung
des Schliesswinkels in Abhängigkeit von der Periodendauer bzw. der Frequenz des
Steuersignals des Signalgebers gewonnen, wobei die Frequenz des Steuersignals ein
Parameter ist, der praktisch durch keinerlei Störungen beeinflusst werden kann und
sich überaus einfach auswerten lässt, insbesondere wenn man in Ausgestaltung der
Erfindung einen Frequenz-Spannungc Wandler einsetzt, der vorzugsweise aus wenigen
Dioden, Widerständen und Kondensatoren aufgebaut ist.
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Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, den Geber bzw.
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die Spule des Gebers,über der das Steuersignal entsteht, einseitig
zu erden, was den Vorteil definierter Potentialverhältnisse an der Geberspule mit
sich bringt und den Aufbau und Anschluss des Gebers erleichtert.
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Besonders vorteilhaft ist es bei einer Zündeinrichtung gemäss der
Erfindung ferner, dass mit Ausnahme des Gebers und der Endstufe, d.h. des elektronischen
Unterbrechers, alle Schaltkreisteile zu einer integrierten Schaltung zusammengefasst
werden können, die bei den im Kraftfahrzeugbau üblichen Großserien
vergleichsweise
billig und mit hoher Zuverlässigkeit hergestellwerden kann.
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Zeichnung Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung noch
näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche. Es zeigen: Fig. 1 ein
Prinzipschaltbild der wesentlichen Teile einer Zündeinrichtung gemäss der Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Frequenz-Spannungs-Wandlers
der Zündeinrichtung gemäss Fig. 1; und Fig. 3 bis 6 ein Prinzipschaltbild bzw. Teilschaltbilder
abgewandelter Ausführungsformen von Zündeinrichtungen gemäss der Erfindung mit der
Möglichkeit der Beeinflussung der Regelspannung durch mindestens einen Betriebsparameter
einer mit der Zündeinrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine.
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Beschreibung der Erfindungsbeispiele Bei der Zündeinrichtung gemäss
Fig. 1 ist eingangsseitig ein Geber 10 vorgesehen, welcher in üblicher Weise, insbesondere
als
induktiver Geber, ausgebildet sein kann, welcher ähnlich wie ein Unterbrecher bei
einer konventionellen Zündanlage mit der Drehzahl der mit der Zündeinrichtung ausgerüsteten
Brennkraftmaschine synchronisiert ist. Der Geber 10 besitzt eine Spule 12, die einseitig
geerdet ist und deren anderes Ende mit einem Schaltungspunkt 14 verbunden ist, wo
ein periodisches Steuersignal in Form einer Wechselspannung abgreifbar ist, derer
Amplitude sich mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert und deren Form im
allgemeinen ebenfalls drehzahlabhängig ist.
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Der Schaltungspunkt 14 ist über einen Widerstand 16 mit dem invertierenden
Eingang (-) eines ersten Operationsverstärkers 18 verbunden. Mit dem invertierenden
Eingang des ersten Operationsverstärkers 18 ist ferner der Abgriff eines Spannungsteilers
aus zwei Widerständen 20,22 verbunden, der zwischen Batteriespannung UB und Bezugspotential
liegt. Die Batteriespannung UB dient gleichzeitig als Versorgungsspannung für den
ersten Operationsverstärker 18, wie dies in üblicher Weise angedeutet ist. Der Ausgang
24 des Operationsverstärkers 18 ist einerseits mit dem Steuereingang eines elektronischen
Unterbrechers, insbesondere in Form einer Darlington-Transistorschaltung, verbunden.
Der Unterbrecher (nicht dargestellt) bildet die Endstufe der in Fig. 1 gezeigten
Schaltung. Der Ausgäng 24 des ersten Operationsverstärkers 18 ist ferner über einen
Rückkopplungswiderstand 26 mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des ersten Operationsverstärkers
18 verbunden, wobei an diesen nichtinvertierenden Eingang gleichzeitig der Ausgang
eines Frequenz-Spannungs-Wandlers 28 über einen Widerstand 20 angeschlossen ist.
Der Schaltungspunkt 14 am Ausgang des Gebers 10 ist ferner über einen Widerstand
32 mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) eines zweiten Operationsverstärkers 34
verbunden welchem wiederum die Batteriespannung UB als Speisespannung
zugeführt
wird. Der zweite Operationsverstärker 34 ist mit seinem invertierenden Eingang (-)
an den Abgriff eines Spannung teilers aus zwei Widerständen 36,38 angeschlossen,
die zwischen der Batteriespannung UB und Bezugspotential liegen. Ein weitere Widerstand
40 liegt zwischen der Batteriespannung UB und dem nichtinvertierenden Eingang (+)
des zweiten Operationsverstärkers 34,'dessen Ausgang 42 mit dem Eingang des Frequenz-Spannungs-Wandlers
28 verbunden ist.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt, dass der Frequenz-Spannungs-Wandler sehr
einfach aufgebaut sein kann. Im einzelnen liegt am Eingang des Wandlers 28 bzw.
am Ausgang 42 des zweiten Operationsverstärkers 34 die eine Platte eines Kondensators
44, dessen andere Platte an der Anode einer ersten Diode 46 angeschlossen ist, deren
Kathode an Bezugspotential liegt sowie an der Kathode einer zweiten Diode 48. Die
Anode der zweiten Diode 48 ist über einen Widerstand 50 mit dem Ausgang 52 des Wandlers
28 verbunden wobei zwischen dem Ausgang 52 und Bezugspotential ein zweiter Kondensator
54 liegt. Ausserdem ist der Verbindungspunkt der zweiten Diode.48 mit dem Widerstand
50 über einen weiteren Widerstand 56 mit Bezugspotential verbunden.
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Die Zündeinrichtung gemäss Fig. 1 und 2 arbeitet wie folgt: Der erste
Operationsverstärker 18 dient als Schwellwertschalter und wird an seinem invertierenden
Eingang (-) durch das Steuersignal des Gebers 10 am Schaltungspunkt 14 über den
Widerstand 16 angesteuert, wobei die Spannung am invertierenden Eingang des ersten
Operationsverstärkers 18 über den Spannungsteiler 20, 22 gleichzeitig durch die
Batteriespannung UB beeinflusst wird.
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Mit Hilfe des Spannungsteilers 20,22 erfolgt also eine Korrektur
der
Schaltschwelle des ersten Operationsverstärkers 18 zur Kompensation von Schwankungen
seiner Speisespannung, die ebenfalls durch die Batteriespannung UB gebildet bzw.
von dieser abgeleitet ist. Die periodischen Spannungswechsel am Ausgang 24 des ersten
Operationsverstärkers 18, welche die Offenzeit und die Schliesszeit der Endstufe
bestimmen, ändern sich,wie bei Schwellwertschaltern in Zündeinrichtungen üblich,
in Abhangigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Drehzahlinformation,
was den ersten Operationsverstärker 18 anbelangt, auf der Abhängigkeit der Amplitude
des Steuersignals am Schaltungspunkt 14 von der Drehzahl basiert. Der zweite Operationsverstärker
34 wird an seinem nichtinvertierenden Eingang (+) über den Widerstand 32 ebenfalls
mit dem Wechselspannungs-Steuersignal am Schaltungspunkt 14 beaufschlagt.
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Sein Ausgangssignal U2 am Ausgang 42 ist, wie in Fig. 2 angedeutet,
eine Rechteckimpulsfolge, bei der die zeitliche Lage der Impulsflanken von der Spannung
am Abgriff des Spannungsteilers 36,38 bzw. am invertierenden Eingang (-) des zweiten
Operationsverstärkers 34 bestimmt ist, wobei mit Hilfe des Widerstandes 40 in ähnlicher
Weise wie dies für den ersten Operationsverstärker 18 beschrieben wurde, wieder
erreicht wird, dass Änderungen der Batteriespannung UB in ihrem Einfluss auf die
Ausgangsspannung U2 kompensiert werden. Im übrigen sind die Schaltschwellen des
zweiten Operationsverstärkers 34 so gewählt, dass der Amplitudenverlauf des Steuersignals
am Schaltungspunkt 14 keinen bzw. nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf
dessen Ausgangsspannung U2 hat, so dass die Rechteckimpulsfolge U2 am Eingang des
Wandlers 28 eine reine Frequenzinformation darstellt. Je nach der Frequenz der Rechteckimpulsfolge
U2 am Ausgang 42 des zweiten Operationsverstärkers 34 ergibt sich über demausgangsseitigen
Kondensator 54
des Wandlers 28 eine höhere oder niedrigere Spannung,
welche über den Widerstand 30 die Spannung am nichtinvertierenden Eingang (+) des
ersten Operationsverstärkers 18 und damit dessen Schaltschwellen in der gewünschten
Weise beeinflusst. Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass der Frequenz-Spannungs-Wandler
28 auch in anderer Weise ausgebildet sein kann als gemäss Fig. 2, um eine frequenzabhängige
Spannung zu erzeugen, wobei der Zusammenhang zwischen Frequenz und Spannung linear
oder nichtlinear sein kann.
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Bei der Zündeinrichtung gemäss Fig. 1 und 2 können sämtliche Bauelemente
bzw. Schaltkreise, welche innerhalb des gestrichelt eingezeichneten Blockes 58 liegen,
zu einer einzigen integrierten Schaltung zusammengefasst werden.
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Die Zündeinrichtung gemäss Fig. 3 ist gegenüber derjenigen gemäss
Fig. 1 und 2 ergänzt, wobei im einzelnen ein Messwiderstand 60, eine Abtast- und
Halteschaltung 62, ein Speicher in Form eines Kondensators 64 und ein Regelverstärker
66 vorgesehen sind, dessen beiden Eingängen Widerstände 68 bzw. 70 vorgeschaltet
sind, dessen Ausgang über einen Widerstand 72 auf seinen Eingang rückgekoppelt ist
und dessen Ausgang ferner über einen Widerstand 74 mit dem invertierenden Eingang
(-) des ersten Operationsverstärkers 18 verbunden ist.
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Der Messwiderstand 60 liegt in Serie zu der Primärwicklung 76 einer
Zündspule und zu einem Endstufentransistor 78 zwischen der Batteriespannung UB und
Bezugspotential und ist über eine Signalleitung 80 mit einem ersten Eingang der
Abtast- und Halteschaltung 62 verbunden. Ein zweiter Eingang dieser Schaltung 62
ist mit einer Steuerleitung 82 verbunden, während der
Ausgang der
Schaltung 62 über den Kondensator 64 an Bezugspotential und über den Widerstand
68 am nichtinvertierenden Eingang (+) des Regelverstärkers 66 liegt.
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Die Zündeinrichtung gemäss Fig. 3 arbeitet wie folgt: Bei der Zündeinrichtung
gemäss Fig. 1 und 2 kann es geschehen, dass der Strom durch die Primärwicklung der
Zündspule im Zündzeitpunkt aufgrund von Toleranzen des Gebers 10 und Abgleichtoleranzen
der den Block 58 bildenden Schaltkreise im Zündzeitpunkt, d.h. beim öffnen des elektronischen
Unterbrechers (beim Durchschalten der Endstufentransistoren) vom Sollwert abweicht.
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Bei der Zündeinrichtung gemäss Fig. 3 führt nun der Strom über die
Primärwicklung 76 zu einem entsprechenden SpannungsabfalL über dem Messwiderstand
60. Dieser Spannungsabfall wird über die Signalleitung 60 dem einen Eingang der
Abtast- und halteschaltung 62 zugeführt, welche beim Eintreffen eines Sperrsignals
für den Endstufentransistor 78 vom Ausgang des ersten Operationsverstärkers 18 über
ihre Steuerleitung 82 in bekannter, hier nicht näher zu beschreibender Weise, kurzfristig
geöffnet wird, so dass die Spannung über dem Messwiederstand 60 unmittelbar vor
dem Sperren des Endstufentransistors 78 von dem Kondensator 64 übernommen und dann
gehalten werden kann, da die Schaltung 62 sofort wieder sperrt. Die Spannung am
Kondensator 64 ist über den Widerstand 68 am nichtinvertierenden Eingang (+) des
Regelverstärkers 66 als Bezugsspannung wirksam, welche mit einer Spannung am invertierenden
Eingang (-) des Regelverstärkers 66 zu vergleichen ist, wobei diese Spannung einen
Sollwert bzw. eine Führungsgrösse darstellt,
die von einem Betriebsparameter
der mit der Zündeinrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine abhängig ist.
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Die Zündeinrichtung gemäss Fig. 3 ermöglicht durch Erfassen und Speichern
einer dem Abschaltstrom entsprechenden Spannung eine Korrektur der Schliesszeit
bzw. des relativen Schliesswinkels in dem Sinne, dass die Schliesszeit mit steigendem
Istwert des Abschaltstroms verkürzt wird und umgekehrt. Dabei wird für die Korrektur
der Schliesszeit keine Regelanordnung wie z.B. ein Regeltransisto benötigt, sondern
nur eine Schaltanordnung, insbesondere ein Schalttransistor, wodurch auch Veränderungen
der Kenngrössen der Schaltung beispielsweise aufgrund von Alterungserscheinungen
und dergleichen ausgeregelt werden.
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Weiterhin ermöglicht die Zündeinrichtung gemäss Fig. 3 durch Anlegen
einer entsprechenden Spannung an dem Schaltungspunkt 76 auf der dem Regelverstärker
66 abgewandten Seite des Widerstands 70 eine sprungartige Umschaltung der Schaltschwellen
des ersten Operationsverstärkers 18. Eine derartige sprungartige Umschaltung der
Schaltschwellen des ersten Operationsverstärkers 18 in Abhängigkeit von Fahrzeug-
und/oder EIotorparametern, wie z.B. der Kühlwassertemperatur, dem Getriebegang,
der Fahrgeschwindigkeit, der bltemperatur und der Fahrpedalstellung ist in vielen
Fällen wünschenswert, um die Schliesszeit zu erhöhen oder auch zu erniedrigen, wobei
eine Erhöhung der Schliesszeit, insbesondere während der Startphase, zur Verbesserung
der Leistungsdaten wünschenswert sein kann, während eine Absenkung der Schliesszeit,
insbesondere dann angewandt wird, wenn eine besonders starke Reduzierung der in
der Steuerschaltung auftretenden Verlustleistung erreicht werden soll,
beispielsweise
wenn der Motor bzw. die Brennkraftmaschine bei stillstehendem Fahrzeug im Leerlauf
arbeitet, so dass die Kühlung von sich stark erwärmenden Elementen der Zündanlage
durch den Fahrtwind entfällt.
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Auch bei einer starken Beschleunigung der Brennkraftmaschine ist eine
vorübergehende sprungartige Erhöhung des Schliesswinkels wünschenswert. Zu diesem
Zweck kann an den Schaltungspunkt 76 der Schaltung gemäss Fig. 3 eine entsprechende
Spannung angelegt werden, die von einer während des Normalbetriebes an diesem Schaltungspunkt
anliegendem Sollwertspannung abweicht.
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Eine Spannung, die anzeigt, dass die Brennkraftmaschine stark beschleunigt
werden soll, kann durch Betätigung eines Schalters bei tief durchgetretenem Fahr-
bzw. Gaspedal gewonnen werden.
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Zusätzlich oder stattdessen kann die bei einem Beschleunigungsvorgang
von der Sollwertspannung abweichende Spannung auch aus den Impulsen eines Fahrpedalgebers
abgeleitet-werden, wie er in Verbindung mit Einspritzpumpen Verwendung findet. In
diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn dem Schaltungspunkt 76 ein RC-Filter mit einem
Widerstand 78 und einem Kondensator 80 vorgeschaltet ist, wie dies das Teilschaltbild
gemäss Fig. 4 zeigt.
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Bei dieser Schaltungsvariante liegt dann die Sollwertspannung nach
wie vor über einen Anschluss 82 an dem Schaltungspunkt 76 an, während das Fahrpedalsignal
in Form einer Gleichspannung oder einer Impulsfolge einem zweiten Anschluss 84 auf
der Eingangsseite des RC-Filters zugeführt wird und von dessen Ausgang zum Schaltungspunkt
76 gelangt.
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Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, eine einem Betriebsparameter
entsprechende Spannung dem Ausgangssignal des Gebers 10 zu überlagern, wie dies
die schematischen Teilschaltbilder
gemäss Fig. 5 und 6 zeigen.
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Im einzelnen zeigt Fig. 5 eine Schaltungsvariante, bei der in Serie
zu der Spule 12 zwischen Batteriespannung UB und Bezugspotential zwei Widerstände
86,88 liegen, deren gemeinsamer Verbindungspunkt einerseits mit dem Schaltungspunkt
14 und andererseits mit dem Emitter eines Vortransistors 90 verbunden ist, dessen
Kollektor an Bezugspotential liegt. Die Basis des Vortransistors 90 liegt am Abgriff
eines Spannungsteilers aus zwei Widerständen 92,94, die in Serie zu einem Schalter
96 zwischen Batteriespannung UB und Bezugspotential liegen. Wenn nun der Schalter
96 in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter, beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang,
durch Niedertreten des Fahrpedals geschlossen wird, dann wird der Vortransistor
90 leitend gesteuert und verändert damit die Gleichvorspannung am Schaltungspunkt
14, was eine entsprechende Änderung der Schaltschwelle des ersten Operationsverstärkers
18 zur Folge hat.
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Die Schaltungsvariante gemäss dem Teilschaltbild in Fig. 6 entspricht
weitgehend der Schaltungsvariante gemäss Fig. 5, unterscheidet sich davon jedoch
dadurch, dass im Basisanschluss des Vortransistors 90 zusätzlich eine Diode 98 liegt,
deren Kathode der Basis des(pnp)-Vortransistors 90 zugewandt ist und über einen
Widerstand 100 an Bezugspotential liegt. Ausserdem ist bei der Schaltung gemäss
Fig. 6 der Widerstand 88 in zwei Teilwiderstände 88a und 88b unterteilt, mit deren
gemeinsamen Verbindungspunkt der Schaltungspunkt 14 verbunden ist.
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Die Schaltung gemäss Fig. 6 arbeitet wie folgt:
Wenn
der Schalter 96 schliesst, dann fliesst ein Strom über die Serienschaltung 92,94,96,
welcher die Basisvorspannung für den Transistor 90 ändert, da nunmehr parallel zu
der Serienschaltung des Widerstandes 100 und der Diode 98, welche einer Temperaturkompensation
des Temperaturverhaltens der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 90 dient, die
Serienschaltung des Widerstandes 94 und des Schalters 96 vorgesehen ist. Die Änderung
der Basisvorspannung bzw. des Basisstromes für den Transistor 90 hat eine entsprechende
Änderung des Emitterstromes dieses Transistors zur Folge, so dass schliesslich eine
entsprechende Vorspannungsänderung für den Schaltungspunkt 14 am Abgriff des aus
den Widerständen 86,88 gebildeten Spannungsteilers erhalten wird. Diese Vorspannungsänderung
beeinflusst aber die Schaltschwellen einer am Schaltungspunkt 14 angeschlossenen
Triggerschaltung.