DE2926705A1

DE2926705A1 - Schaltung zur erfassung von defekten in stromversorgungsanlagen von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2926705A1
Application number: DE19792926705
Authority: DE
Inventors: Wunibald Frey
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1979-07-02
Publication date: 1981-01-22
Also published as: FR2460486B3; FR2460486A1; US4354182A

Description

Dipl. Ing. Peter Otte H ₇₀₃₃ Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt Eifelstraße 7

Telefon (O 70 32) 319 99

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21. Juni 1979

FIRMA ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART T

Schaltung zur Erfassung von Defekten in Stromversorgungsanlagen von Kraftfahrzeugen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, die einwandfreie Funktion der Lichtmaschine und des ihr zugeordneten Reglers bei einem Kraftfahrzeug oder einer sonstigen mobilen Einheit, allgemein also ein mögliches Auftreten von Defekten im Bordnetz dadurch zu überwachen, daß eine Ladekontrollampe vorgesehen ist. Diese Ladekontrollampe ist einmal an die Plusschiene (B+) des Bordnetzes, mit der auch der Pluspol der Batterie verbunden ist, angeschlossen, der andere Anschluß der Ladekontroll- oder Ladean-

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zeigelampe liegt am Verbindungspunkt von Reglereingang mit den zusammengeführten Anschlüssen der Erregerdioden. Daher leuchtet die Ladekontrollampe auf, wenn bei stehendem Kraftfahrzeug und daher nicht angetriebener Lichtmaschine der Fahrtschalter oder Zündschalter geschlossen wird, da hierdurch der Pluspol der Batterie mit dem einen Anschluß der Ladeanzeige verbunden ist und der Minuspol über das Feld und den Regler an D- liegt.

Es ist auch üblich, zwischen die Klemmen B+/D- ein thermisches Voltmeter zu schalten.

Es ist auch bekannt, zwischen Pluspol der Batterie und Plusschiene des Kraftfahrzeugs ein Amperemeter zu schalten, allerdings unter Umgehung des Anlasseranschlusses, so daß eine fehlerhafte Lichtmaschine oder Regler an einem dauernden Entladestrom feststellbar ist. Üblicherweise ist der Reglereingangsanschluß, mit dem die Erregerdioden verbunden sind, mit der Bezeichnung D+ versehen; der mit der Erregerwicklung oder Feldwicklung der Lichtmaschine verbundene Reglerausgang trägt die Bezeichnung DF, Plusanschluß und MinusanschIuβ des Bordnetzes sind jeweils mit B+ und B- bezeichnet, wobei die Regleranschlußbezeichnung D- dem Minusanschluß B- des Bordnetzes entspricht. Diese Bezeichnungen werden im folgenden weiter verwendet, da sie allgemein als Fachbezeichnungen eingeführt sind; sie sind auch in den Zeichnungen angegeben.

Nachteilig ist, daß sich mit Hilfe der üblichen Ladekontrollampe bestimmte Defekte, beispielsweise ein Kurzschluß oder Unterbrechung des Reglerhaupttransistors nicht erkennen lassen; auch ist es nicht möglich, bestimmte,

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nicht sofort zu einem völligen Versagen der Lichtmaschine führende Defekte wie Kurzschluß oder Unterbrechung von Gleichtrichterdioden zu erfassen, da die Ladekontrollampe nicht feinfühlig genug reagiert. Auf einen Kurzschluß des Reglerhaupttransistors spricht die Ladekontrollampe gar nicht an, obwohl es in diesem Fall zu einem erheblichen Anstieg der Bordnetzspannung und zu einem Auskochen der Batterie kommen kann. Eine Ladekontrollampe benötigt darüber hinaus bestimmte Betriebsspannungen und Ströme.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Anzeige durch Leuchtdioden, gegebenenfalls in verschiedenen Farben erfolgt, sämtliche in Stromversorgungsanlagen beispielsweise von Kraftfahrzeugen vorkommende Defekte durch eine einzige Schaltung erfaßt werden können und sich eine kurze Ansprechzeit, ein robuster, kleiner Aufbau, lange Lebensdauer der verwendeten Elemente und geringe Betriebsspannungen und Betriebsströme ergeben. Besonders vorteilhaft ist, daß die Schaltung zum Erkennen von Kurzschluß bzw. Unterbrechung etwa des Haupttransistors eines verwendeten Transistorreglers sowie zur Erkennung von Unterbrechung bzw. Kurzschluß von Dioden im Drehstromgenerator geeignet ist, wobei anstelle der Anzeige mittels einer sogenannten Luminiszenzdiode, abgekürzt LED, auch eine Glühlampe verwendet werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der

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im Hauptanspruch angegebenen Schaltung möglich» Vorteilhaft ist,daß zur Erzielung einer geneigten Temperaturkennlinie, nämlich zur Anpassung an den T -Wert des Reglers je nach geforderter Steilheit mehrere Dioden in Reihe zur verwendeten Zenerdiode geschaltet werden können.

Da die erfindungsgemäße Schaltung, anders als die übliche Ladekontrollampe auch sonst nicht erkennbare Defekte wie Kurzschluß und Unterbrechung des Reglerhaupttransistors sowie verschiedene Defekte im Generator erfaßt und anzeigt, ist es möglich, frühzeitig beispielsweise das Auskochen der Batterie bei Kurzschluß des Haupttransistors zu verhindern.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung, mit welcher sich unter Verwendung nur einer Leuchtdiode alle vorkommenden Bordnetzdefekte erfassen lassen, und Fig. 2 eine alternative Ausführungsform unter Verwendung von zwei Leuchtdioden, durch deren unterschiedliches Aufleuchten auch auf die Art des aufgetretenen Fehlers rückgeschlossen werden kann. Fig. 3 zeigt ein weiteres, vereinfachtes Ausführungsbeispiel mit Erfassung der überspannung an D+, während xm Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die überspannung an B+ erfaßt wird»

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, eine Spannungsteilerschaltung vorzusehen, der ein für eine Konstantspannung sorgendes Element, beispielsweise eine Zenerdiode sowie die Leuchtdiode so zugeordnet sind, daß je nach der Zuführung unterschiedlicher Bordnetzspannungen an die Spannungsteilerschaltung eine geeignete Fehleranzeige durch Aufleuchten der Leuchtdiode bewirkt wird.

Im einzelnen verfügt die erfindungsgemäße Schaltung, wie Fig. 1 zeigt, über einen ersten, den Spannungsteiler 1 bildenden Zweig, dem ein weiterer Teilzweig 2 parallel geschaltet ist. Die beiden parallelen Teilzweige 1 und 2 sind direkt oder über eine Diode 3 einmal mit der positiven Bordnetzklemme B+ bei zwischengeschaltetem Zündschalter ZS und mit ihrem anderen Ende mit B- verbunden. Die Diode 3 dient als Verpolungsschutz und verhindert einen Stromfluß in umgekehrter Richtung.

Der Spannungsteiler 1 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei in Reihe geschaltete Widerstände 4, 5 und 6, wobei der Verbindungspunkt 7 der beiden Widerstände 4 und 5 mit einer weiteren Bordnetzklemme, und zwar mit dem mit D+ bezeichneten Reglereingang verbunden ist. Die Feldwicklung ist mit 7a und der Regler-Haupttransistor mit 7b bezeichnet. Der zu dem Spannungsteiler 1 parallele Schaltungszweig besteht aus der Luminiszenz- oder Leuchtdiode 8, einem mit dieser in Reihe geschalteten Widerstand 9 und einer Konstantspannungsquelle, die von einer Zenerdiode 10, ebenfalls in Reihe

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mit Leuchtdiode 8 und Widerstand 9 angeordnet, gebildet ist. Es ist möglich, in Reihe mit der Zenerdiode noch einige weitere, normale Dioden 11, 11', 11" ... zu schalten, um so eine geneigte Temperaturkennlinie zu erzielen in Anpassung an den T -Wert des Reglers, wodurch sich eine entsprechende Steilheit erzielen läßt.

Schließlich sind der Verbindungspunkt der Widerstände 5 und 6 des Spannungsteilers 1 sowie des als Vorwiderstand zur Leuchtdiode 8 wirkenden Widerstands 9 mit der Zenerdiode 10 unter Bildung eines Querzweiges durch einen Widerstand 12 miteinander verbunden, so daß die sich bei wechselnden Bordnetzpotentialen auf den Spannungsteiler 1 auswirkenden Potentialänderungen auf den zweiten Teilzweig 2 übertragen werden.

Bei dieser Schaltung ergeben sich dann je nach der Verteilung der Bordnetzspannungen folgende Funktionsabläufe: Wird bei stehendem Fahrzeug und daher nicht angetriebener Lichtmaschine zunächst durch Schließen des Fahrt- oder Zündschalters die allgemeine Plusschiene des Bordnetzes B+ mit dem Pluspol der Batterie verbunden, dann ergibt sich durch die Widerstände 4 und 5 und die sich an den Widerstand 5 anschließende Verzweigung des Widerstandes 6 und des Widerstandes 12 ein bestimmter Stromfluß durch den Spannungsteiler, der für eine solche Spannung über der Leuchtdiode 8 sorgt, daß diese aufleuchtet. Die Zenerdiode 10 sorgt dabei am Schaltungspunkt 13 als Verbindungspunkt des Leuchtdiodenvorwiderstandes 9 und der Zenerdiode 10 für ein Konstantpotential. Dieses Aufleuchten der Leuchtdiode 8 bei geschlossenem Fahrschalter und stehendem Generator ist eine gewollte Maßnahme und ent-

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spricht dem Aufleuchten der Ladekontrollampe bei üblichen Bordnetzen, wenn das Zündschloß betätigt wird und der Wagen noch steht.

Sobald dann die Brennkraftmaschine durch den Anlasser in Gang gesetzt worden ist und ihrerseits die Lichtmaschine antreibt, erscheint an der Klemme D+, die entweder mit zusammengefaßten gesondert vorgesehenen Erregerdioden verbunden ist oder mit der Plusklemme der Lichtmaschine, ein in etwa der Batteriespannung entsprechendes positives Potential, beispielsweise 14 Volt, so daß der Widerstand auf beiden Seiten das gleiche Potential aufweist und nicht stromdurchflossen ist. Der verbleibende Widerstand 5 in diesem Teilzweig reicht dann aber in seinem Widerstandswert nicht mehr aus, um der Leuchtdiode 8 die für ein Aufleuchten erforderliche Spannung zu vermitteln, so daß die Leuchtdiode 8 erlischt und eine ordnungsgemäße Funktion anzeigt.

Es können jetzt im wesentlichen zwei verschiedene Defektarten auftreten, die beide durch das Aufleuchten der Leuchtdiode 8 erfaßt werden können, wobei die eine Defektart zu einem starken Anstieg der Bordnetzspannung führt, verursacht etwa durch einen Kurzschluß des Haupttransistors des Transistorreglers, da hierdurch der Erregerwicklung ein noch über dem vollen Erregerstrom liegender Strom zugeführt wird, was zu einem starken Spannungsanstieg der in der Ständerwicklung induzierten Spannung führt.

Dieser durch den Kurzschluß des Haupttransistors bewirkte Bordnetzspannungsanstieg führt zu einem solchen Span-

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nungsabfall beispielsweise nur am Widerstand 5, auch dann, wenn die beiden Klemmen B+ und D+ weiter gleiches Potential führen, daß die Leuchtdiode 8 zum Aufleuchten gebracht wird. Dieses Aufleuchten ist auf die Ubererregung zurückzuführen und ein wertvoller Hinweis auf einen solchen Zustand, der üblicherweise im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs praktisch niemals auffallen kann, da ja alle Stromverbraucher ausreichend mit Strom versorgt sind und die Batterie, auf jeden Fall für die erste Zeit, besonders gut geladen erscheint.

Die zweite Defektart, beispielsweise verursacht durch eine Unterbrechung des Haupttransistors oder durch Unterbrechung von Dioden im Drehstromgenerator führt zu einem Ausfall des Drehstromgenerators und zu einem hierdurch verursachten Spannungsabfall entweder zu Null oder auf einen mittleren Wert am Verbindungspunkt 7 des Spannungsteilers 1, der mit dem Bordnetzanschluß D+ (Reglereingang) verbunden ist. In diesem Fall ergibt sich der gleiche Zustand, der beim erstmaligen Drehen des Zündschlüssels und Anlassen des Kraftfahrzeugs auftritt; die Kathode der Diode 3 ist noch mit dem positiven Batteriepol über den Startschälter verbunden und d2r hierdurch verursachte Spannungsabfall führt zu einem Aufleuchten der Leuchtdiode. Dabei sorgt die Zenerdiode für eine feste Bezugsspannung am Fußpunkt der Leuchtdiode und verhindert, daß diese Spannungsschwankungen die Potentialverteilung an der Schaltung so verzerren und beeinflussen, daß die Leuchtdiode nicht mehr feinfühlig genug reagieren kann.

In etwa die gleichen Verhältnisse ergeben sich bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2, 3 und 4, jedoch mit

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dem Unterschied, daß zwei verschiedene Anzeigeleuchten, auch hier vorzugsweise wieder Iuminiszenz- bzw. Leuchtdioden vorgesehen sind, die jeweils selektiv anzeigen. Die Leuchtdioden werden im folgenden lediglich noch mit der Abkürzung LED (= light emitting diode) bezeichnet.

Die Schaltung der Fig. 2 ist wie folgt aufgebaut: Einem Spannungsteiler 1 ist wie in Fig. 1 ein Spannungsteiler 2 parallelgeschaltet. Hierbei dient, wie bei allen Schaltungsvarianten, der Widerstand 4 gleichzeitig als Vorerregerwiderstand sowie als Teil des Spannungsteilers

Der Spannungsteiler 1 besteht aus den Widerständen 4, 5 und 6. Diesem parallelgeschaltet ist ein Zweig, bestehend aus der LED 8a für die Anzeige von Unterspannung, dem Widerstand 9, einer zweiten Leuchtdiode oder der LED 8b für überspannung und der Zenerdiode 10. Ein Widerstand ist zwischen D+ (Anschluß 7¹) jind der Verbindung des Widerstandes 9 mit der LED 8b geschaltet. Damit dient dieser Widerstand zur Strombegrenzung durch LED 8a sowie durch LED 8b im Falle von Ubererregung.

Eine Diode 15 ist so geschaltet, daß sie die LED 8b gegen den Widerstand 6 entkoppelt.

Die beiden Varianten der Figuren 3 und 4, auf deren Aufbau ebenfalls sofort eingegangen wird, stellen vereinfachte Abarten dar. Einem ersten Spannungsteiler 1', bestehend lediglich aus Widerständen 4' und 5' ist zwischen den Anschlüssen B+ und D+, also parallel zum Widerstand 4¹, der Widerstand 9', in Reihe mit der LED 8a¹, parallel geschaltet. Für die Anzeige von GeneratorÜbererregung ist,

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ausgehend von D+ (parallel R5) und parallel zum Widerstand 5' ein weiterer Zweig aus den Widerständen 16, der LED 8b¹ und der Zenerdiode 10 ausgeführt. Bei der Variante nach Fig. 4 ist dieser letztere Zweig mit der LED 8b" und dem Widerstand 16' sowie der Zenerdiode 10" (für Ubererregung) an B+ bzw. an die B+ führende Klemme 1 5 angeschlossen.

Dieser Aufbau führt zu folgenden, für den übererregungs- bzw. den Untererregungszustand der Lichtmaschine getrennt betrachteten Funktionen:

Bei der Darstellung der Fig. 2 steigt bei Ubererregung des Generators infolge eines Reglerdefektes o.a. die Spannung an den Klemmen D+ und B+ des Generators an. Die Zenerdiode 10 hält die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 5 und 6 konstant. Aufgrund der Differenz zwischen der Zenerspannung und der überspannung an D+ leuchtet die LED 8b auf, wobei der Strom durch den Widerstand 14 begrenzt wird.

Erregungsunterbrechung ist gleichbedeutend mit Unterbrechung an D+ des Generators. Die LED 8a, die bei Potentialgleichheit von D+/B+ nicht leuchtet, leuchtet nun aufgrund des Spannungsabfalls am Widerstand 4. Durch das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 4, 5 sowie 6 ist die Zenerdiode 10 nicht leitend, so daß die LED 8b nicht leuchtet.

Bei der davon abgewandelten, einfacheren Schaltungsvariante entsprechend Fig. 3 ist die Abstimmung, damit jeweils nur eine LED (8a¹ oder 8b¹) leuchtet, unter Umständen etwas schwieriger. Die Funktionsweise ist jedoch, wie

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auch bei Schaltung nach Fig. 4, prinzipiell die gleiche wie bei Fig. 2. Die LED 8a¹ leuchtet nach Einschalten des Zündschalters ZS infolge des Spannungsabfalls über den Widerständen 4¹ und 5¹ auf. Wenn der Generator läuft, steigt die Spannung an D+ ungefähr auf das Potential von B+. Damit erlischt diese LED 8a¹. Bei Erregungsunterbrechung leuchtet die LED 8a¹ aufgrund des Spannungsabfalls am Widerstand 4 auf.

Bei Generatorübererregung, was gleichbedeutend ist mit einem Hochgehen der Spannung an D+ und B+ des Generators, leuchtet dann die LED 8b' über den Pfad von D+ über den Widerstand 12 und die Zenerdiode 10 auf.

Die Variante nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Variante der Fig. 3 dadurch, daß hier das Ansteigen der Bordnetzspannung, also der Fall der Ubererregung, für den stets die LED 8b, 8b¹, 8b" zuständig ist, dadurch erfaßt wird, daß der die LED 8b" enthaltende Zweig direkt mit B+ verbunden ist.

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Claims

Dipl. mg. Peter Otto _{7033 Herren (Kuppingen)}

Patentanwalt Eife.straße 7

Telefon (O 70 32) 319 99

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FIRMA ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Patentansprüche

Schaltung zur Erfassung von Defekten in Stromversorgungsanlagen von beweglichen Einheiten, Kraftfahrzeugen, Zügen u. dgl., insbesondere zur Erkennung von Ausfällen bei Transistorreglern oder sonstigen Schaltungskomponenten bei Drehstromgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine im Störungefall eine optische Signalgabe bewirkende Leuchtdiode (8, 8a, 8a¹, 8a"; 8b, 8b¹, 8b") vorgesehen ist, daß die mindestens eine Leuchtdiode in Reihe mit einer Zenerdiode (10, 10') und parallel zu einer Spannungsteilerschaltung (1, 1', 1") geschaltet ist, daß diese Spannungsteilerschaltung zwischen dem bei geschlossenem Fahr- oder Zündschalter (ZS) mit dem Pluspol der Batterie verbundenen positiven Anschluß (B+) und dem negativen Anschluß (B-) des Bordnetzes geschaltet ist und daß ein Verbindungspunkt von Widerständen (4, 5, 4¹, 5', 4", 5") des Spannungsteilers (1) mit dem von der Lichtmaschine kommenden Reglereingangsanschluß (D+) verbunden ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus der Reihenschaltung von drei Widerständen (4, 5, 6) besteht.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß ein zum ersten Spannungsteiler (1) parallel geschalteter, die mindestens eine Leuchtdiode (8) enthaltender Parallelzweig (2, 2", 2") aus der Reihenschaltung der Leuchtdiode (8), eines Begrenzungswiderstands (9) für diese und einer Zenerdiode (10) vorgesehen ist.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengeführten Anschlüsse der Leuchtdiode (8) und des ersten Widerstands (4) des Spannungsteilers (1) über eine für positive, von der Batterie kommende Spannungen durchlässige Diode (3) mit dem positiven Anschluß (B+) des Bordnetzes bzw. der Batterie verbunden sind.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer geneigten Temperaturkennlinie in Anpassung an den T -Wert des Reglers mit der Zenerdiode weitere Dioden in Reihe geschaltet sind.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt des zweiten Widerstandes (5) mit dem dritten Widerstand (6) des Spannungsteilers (1) und der Verbindungspunkt des Widerstandes (9) und der Zenerdiode (10) im parallelen Schaltungszweig durch einen Widerstand (12) quer verbunden sind.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der ersten Leuchtdiode (8a) im parallelen Schaltungszweig (2) eine wei-

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tere Leuchtdiode (8b) zur gesonderten Anzeige einer Übererregung angeordnet ist, daß der Verbindungspunkt der beiden ersten Widerstände (4, 5) des ersten Spannungsteilers (1) mit dem Verbindungspunkt der beiden Leuchtdioden (8a, 8b) im Parallelzweig (2) von einem Widerstand (14) überbrückt ist und daß eine Diode (15) vorgesehen ist, die den Verbindungspunkt des zweiten und dritten Widerstandes (5, 6) des ersten Spannungsteilers (1) mit dem Verbindungspunkt der zweiten Leuchtdiode (8b) und der Zenerdiode (10) verbindet.
8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß unter Wegfall des dritten Widerstandes des ersten Spannungsteilers (V) der Verbindungspunkt der beiden Leuchtdioden (8a¹, 8b') im Parallelzweig unmittelbar mit dem Verbindungspunkt der Widerstände (4¹, 5') des ersten Spannungsteilers (1¹) verbunden ist und daß der zweiten Leuchtdiode (8b') ein separater Begrenzungswider stand (16) zugeordnet ist.
9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche, separate, Ubererregung anzeigende Leuchtdiode (8b") in einem dritten Parallelzweig (2") und in Reihe mit der Zenerdiode (10') und ihrem Vorwiderstand (16*) angeordnet und unmittelbar mit dem Zündschalter (ZS) verbunden ist, der im geschlossenen Zustand das Potential (B+) führt.

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