DE2906473C2 - Funkengeber, insbesondere Zündfunkengeber mit großem Betriebsspannungsbereich - Google Patents
Funkengeber, insbesondere Zündfunkengeber mit großem BetriebsspannungsbereichInfo
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Description
45
Die Erfindung bezieht sich auf einen Funkengeber mit Stromtriggerung, insbesondere Zündfunkengeber, bei
dem durch einen Triggerimpuls ein elektrischer Schalter den Strom in der Primärspule der Zündspulenanordnung
unterbricht. In Heizanlagen jeglicher Art mit chemischen Energieträgern, wie Gas, Benzin, Dieselöl
od. dgl., dienen die dabei in der Sekundärspule erzeugten Hochspannungsimpulse als Zündfunken, die
zwischen in das brennbare Medium hineinragenden Elektroden überspringen.
In der Haustechnik finden meist netzbetriebene Streutranstormatoren Verwendung, während im mobilen
Bereich, also bei Heizaufgaben in Kraftfahrzeugen, Booten, Caravans und Wohnmobilen, die nicht die
Abwärme des Antriebsaggregats nutzen (Standheizun- 6"
gen), aus dem Bordnetz zu speisenden Zündfunkengeber benötigt werden.
Neben den bekannten mechanischen Zerhackerschaltungen, mit nach dem Prinzip des Wagnerschen
Hammers arbeitenden Unterbrechern, werden wegen b>
der Störanfälligkeit, der geringen Standzeit und des benötigten hohen Fertigungsaufwandes, sowie der
zusätzlichen Hochfrequenzstörstrahlung dieser Systeme, heutzutage meist elektronische Unterbrecherschalter
verwendet, die als selbstgesteuerte sogenannte freischwingende Sperrwandler, oder auch als nach Art
eines astabilen Multivibrators tremdgestei'.erte Sperrwandler
ausgebildet sein können. Von diesen selbstotler
fremdgesteuerten elektronischen Schalteranordnungen gibt es eine Vielzahl von Abwandlungen und
Spezialausführungen. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die DE-OS 14 57 116 verwiesen.
Ailen diesen Anlagen ist ein Betriebsverhalten
gemein, welches gekennzeichnet ist durch eine starke Abhängigkeit der Ausgangsspannung Uz und der
Funkenenergie Wf von der jeweiligen Batteriespannung
oder sonstigen Versorgungsspannung LV- Dies hat zur
Folge, daß man für den Einsatz in den üblichen Bordnetzen von 12 V bzw. 24 V Betriebsspannung
jeweils eine besondere angepaßte Ausführung des Funkengebers benötigt. Darüber hinaus ergibt sich aus
dieser starken Abhängigkeit der Kennlinien für die Ausgangsspannung und die Funkenenergie in Abhängigkeit
von der Batteriespannung, daß gerade im Unterspannungsbereich, der im Winterbetrieb wegen
ausgekühlter und geschwächter Batterien besonders wichtig ist, infolge geringerer Stromaufnahme die
Ausgangsspannung und in noch stärkerem Maße die Funkenenergie zurückgeht. Der Zusammenhang ist in
erster Näherung proportional zwischen Batteriespannung und Ausgangsspannung und quadratisch zwischen
Batteriespannung und Funkenenergie. Das kann in Extremfällen bedeuten, daß eine zu geringe Ausgangs-Zündspannung
und/oder eine zu geringe Funkenenergie vorhanden ist um eine Entflammung zu ermöglichen, so
daß letztendlich die Heizanlage nicht funktionieren kann. Schließlich ist es bei den bekannten Funkengebern
auch noch nachteilig, daß — dies gilt insbesondere für die fremdgesteuerten Funkengeber — im Überspannungsbereich
eine hohe Verlustwärme durch Sättigungseffekte in der Erregerwicklung auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Funkengeber zu schaffen, der für beide Betriebsspannungsbereiche
von 12 V und 24 V gleichermaßen geeignet ist und darüber hinaus die vorstehend geschilderten Nachteile vermeidet, die durch die in
Fahrzeugen zulässigen Spannungsschwankungen von jeweils plus/minus 25% der Nennspannung verursacht
werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Funkengeber der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch einen Stromcomparator, der kontinuierlich den Strom in der Primärspule überwacht und bei
Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes einen Steuerimpuls zur Ansteuerung einer den Triggerimpuls
abgebenden Konstantstromquelle erzeugt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele sowie der Zeichnung näher
erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 den qualitativen Verlauf der Ausgangsspannung und der Funkenenergien-Abhängigkeit von der
Betriebsspannung bei den vorbekannten Systemen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen stromgetriggerten Funkengebers,
Fig. 3 ein konkretes Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Funkengebers und
Fig. 4 ein Diagramm des qualitativen Verlaufs von Ausgangsspannung und Funkenenergie in Abhängigkeit
von der Batteriespannung bei Verwendung eines
erfindungsgemäßen Funkengebers.
Aus dem Diagramm in F i g. 1 erkennt man die starke Abhängigkeit der Ausgangsspannung U2 und der
Funkenenergie W1 in Abhängigkeit von der Betriebsspannung
Übst bei den bisherigen Systemen, was zum
einen zur Folge hat, daß für die Betriebsspannungsbereiche Ul und U 2 (beispielsweise 12 V und 24 V)
unterschiedliche Zündfunkengeber btiiötigt werden. Darüber hinaus erkennt man, daß auch noch bei jedem
derartigen Zündfunkengeber wegen der starken Batte- >o riespannungsabhängigkeit erhebliche Funktionsstörungen
auftretcii können, da derartige Zündfunkengeber grundsätzlich so beschaffen sein müssen, daß sie auch
bei den zulässigen Versorgungsspannungsschwankungen von plus/minus 25% der Nennspannung noch
zufriedenstellend arbeiten.
Bei dem in Fig.2 in Form eines Blockschaltbildes
dargestellten Zündfunkengeber fließt beim Anlegen der Plus- und Minusleitung an die gleichnamigen Pole einer
nicht dargestellten Batterie Strom über die Verpolschutzeinrichtung 1 und lädt den Kondensator 2, der als
Pufferelement und Hochfrequenzfilter dient auf. Parallel dazu fließt der Strom über einen Shunt 3, die
Primärspule der Zündspulenanordnung 4 und den durchlässig geschalteten Halbleiterschalter 5 zur Stromquelle
(Batterie) zurück.
Durch die Induktivität der Primärspule wird der Stromwert zunächst Null im Einschaltaugenblick sein
und dann nach einer Expotentialfunktion ansteigen. Am Shunt 3 wird hierdurch ein proportionaler Spannungsabfall
erzeugt, der im Stromcomparator 6 mit einem vorgegebenen Spannungswert verglichen wird und bei
Überschreiten dieses Sollwertes ein Schaltsignal auslöst. Dieses Schaltsignal setzt die vorzugsweise durch eine
monostabile Kippstufe gebildete Impulsschaltung 7 zur Abgabe eines einzigen Impulses definierter Zeitdauer in
Gang. Für die Dauer des vorgenannten Impulses wird die Konstantstromquelle 8, welche den zum Durchlässigschalten
des Halbleiters 5 benötigten Steuerstrom erzeugt, außer Betrieb gesetzt.
Der Stromfluß durch die Primärspule der Anordnung 4 wird somit abrupt unterbrochen. Infolge dessen
entsteht in der Sekundärspule der Zündspulenanordnung 4 die als Hochspannungswicklung ausgeführt ist,
durch Selbstinduktion der für den Funkenüberschlag an <5
den nicht dargestellten Zündelektroden benötigte Hochspannungsimpuls.
Nach Ablauf des in der Impulsschaltung 7 erzeugten Impulses wird die Konstantstromquelle 8 wieder in
Betrieb gesetzt und damit wird auch der Halbleiterschalter 5 über den nunmehr wieder fließenden
Steuerstrom erneut durchlässig geschaltet. Der Stromnuß
durch den Primärkreis der Zündspuienanordnung 4 beginnt erneut
Die Stabilisierungsschaltung 9 erzeugt aus der — wie bereit gesagt — mit plus/minus 25% zulässig
schwankenden Betriebseingangsspannung, die an den Plus- und Minus-Anschlüssen des Zündfunkengebers
anstehen kann, eine für die Versorgung der Impulsschaltung 7 und des Stromcomparators 6, sowie die
Erzeugung des Sollwertes für den Stromcomparatcr 6 notwendige konstante Ausgangsspannung.
Wegen der physikalischen Beziehung für die Energiespeicherung in einer Induktivität Wl = xli ■ L ■ I2
genügt es zur Konstanthaltung der gespeicherten Energie und damit der Funkenenergie und der
Ausgangsspannung, den aufgenommenen Strom, d. h. den Strom, der unmittelbar vor dessen Unterbrechung
durch die Spule floß, zu überwachen und konstant zu halten, da die Induktivität bereits eine Spulenkonstante
darstellt
Der Einsatz einer Konstantstromquelle an Stelle eines sonst üblicherweise verwendeten Widerstandes
zwischen Triggerschaltung und Halbleiterschalter, gestattet es die Ansteuerbedingungen für der. Halbleiterschalter
optimal und unabhängig von der Batteriespannung zu halten. Bei einer Widerstandsanordnung würde
gerade bei kleiner Batteriespannung der Steuerstrom für den Halbleiterschalter 5 klein sein, was zu einem
zusätzlichen Spannungsverlust an der Schaltstrecke des Halbleiterschalters 5 führen würde. Bei großer Betriebsspannung
würde andererseits, falls nicht wiederum aufwendige Vorkehrungen dagegen getroffen wurden,
eine starke Erwärmung des Widerstandes zu verzeichnen sein.
Aus dem in F i g. 4 dargestellten Diagramm über den qualitativen Verlauf von Ausgangsspannung und Funkenenergie
erkennt man, daß diese beiden Größen über einen sehr weiten Spannungsbereich ein nahezu
betriebsspannungsunabhängiges Verhalten zeigen, so daß es insbesondere möglich ist, erfindungsgemäße
Funkengeber so auszulegen, daß sie in gleicher Weise für 12 V wie auch für 24 V Betriebsspannung geeignet
sind.
Der erfindungsgemäße Funkengeber läßt sich nicht nur als Zündfunkengeber, sondern allgemein auch im
Bereich der stabilisierten Hochspannungserzeugung einsetzen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Funkengeber mit Stromtriggerung, insbesondere Zündfunkengeber, bei dem durch einen Triggerimpuls
ein elektrischer Schalter den Strom in der Primärspule der Zündspulenanordnung unterbricht,
gekennzeichnet durch einen Stromcomparator (6), der kontinuierlich den Strom in der
Primärspule überwacht und bei Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes einen Steuerimpuls zur
Ansteuerung einer den Triggerimpuls abgebenden Konstantstromquelle (8) erzeugt
2. Funkengeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungsstabilisierungsschaltung (9) zur
Erzielung eines von der Betriebsspannung unabhängigen Betriebsverhaltens des Stromcomparators (6).
3. Funkengeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromcomparator (6) und
der Konstantstromqueüe (8) ein Impulsgeber (7) zwischengeschaltet ist.
4. Funkengeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (8)
während der inaktiven stabilen Phase des Impulsgebers (7) ein- und während der aktivierten quasistabilen
Phase des Impulsgebers (7) ausgeschaltet ist.
5. Funkengeber nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier sich dual zueinander
verhaltender zeitbestimmender Bauteile zur Aufrechterhaltung einer Oszillation.
6. Funkengeber nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung der Induktivität der Primärspule
der Spulenanordnung (4) zur Bestimmung der zur Erreichung eines vorgegebenen Stromwertes
notwendigen Aufladezeit der Spule.
7. Funkengeber nach Anspruch 7, gekennzeichnet -J5
durch die Verwendung einer Impulsschaltung, die in ihrer aktivierten Phase den Stromfluß durch die
Primärspule der Spulenanordnung (4) unterbricht, wobei die Impulsdauer durch die Speicherfähigkeit
für elektrische Ladung in einem Kondensator ausgenützt wird.
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