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Frequenzabhängiger Dämpfungszweipol zur Unterdrückung hochfrequenter Schwingungen, die von Zündanlagen in Otto-Motoren ausgehen
Die Erfindung bezieht sich auf einen in die Hochspannungsleitungen von Zündanlagen für Otto-Motoren eingeschalteten Dämpfungszweipol, durch den die von den Funkenstrecken in diesen Anlagen ausgehenden Hochfrequenzschwingungen unterdrückt werden, um einen störungsfreien Empfang von Sendungen der drahtlosen Nachrichtenübermittlung und Bildübertragung sicherzustellen.
Es ist bekannt, die von den Zündanlagen der Otto-Motoren ausgehenden Störwellen für Radio- und Fernsehapparate entweder durch metallische Umhüllung (Abschirmung) unschädlich zu machen oder aber durch in ihre Hochspannungsleitungen eingebaute hochohmig Widerstände, welche die Störwellen dämpfen. Von diesen beiden Methoden ist die Abschirmung überaus aufwendig, da eine lückenlose metallische Umhüllung sehr schwer herzustellen ist. Sie kommt daher nur für spezielle Zwecke in Frage. Verbreitet ist dagegen die zweite Methode, die auf der Verwendung von Widerständen beruht, die In die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen eingeschaltet werden.
Derartige Draht- oder Massewiderstände mit einem Widerstandswert von 10 000 bis 20 000 Ohm werden in der Regel in jede Hochspannungsleitung einer Zilnd- anlage eingeschaltet. Sie haben wegen ihrer hohen Widerstandswerte den Nachteil. dass sie die Zündstrom- kreise belasten und zu einer Schwächung der Zündenergie führen. Besonders bei hochverdichteten Brennkraftmaschinen können dadurch ZUndungsaussetzer verursacht werden, denen lediglich durch eine ganz unerwünschte Leistungssteigerung der Zündanlagen entgegengewirkt werden könnte.
Während nun bisher angenommen wurde, dass die von den Zündanlagen der Otto- Motoren ausgehenden Störwellen - abgesehen von der Abschirmung der Anlagen - nur durch möglichst hochohmige in die Hochspannungsleitungen eingeschaltete Widerstände unschädlich gemacht werden könnten, ergaben neuere Untersuchungen, dass dies mindestens nicht für alle Frequenzbereiche, sondern lediglich für Störwellen des Mittel-und Langwellenbereiches zutrifft, denn für die höheren Frequenzen des durch die Funken angereg-
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und verlieren schliesslich ihre Dämpfungseigenschaft.
Diesem Umstand wird bei einem bekannten frequenzabhängigen Dämpfungszweipol Rechnung getragen, der aus einem auf einen Ferritkern aufgewickelten Drahtwiderstand besteht. Zur Verwendung kommt dabei ein Ferrit, der bei hohen Frequenzen vorwiegend als reeller Widerstand wirkt und eine Dämpfung von
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einem ohmschen Widerstand von etwa 1000 Ohm lang-und mittelwellige Störungen unschädlich macht.
Derartige Dämpfungszweipole haben sich jedoch nicht durchsetzen können, weil die erforderlichen Ferritkerne zu teuer sind.
Eine ebenso gute Entstörwirkung im Bereich ultrakurzer Störwellen ergibt sich mit einfacheren Mitteln bei Verwendung eines in die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen eingeschalteten Dämpfungszweipols, der gemäss der Erfindung aus einer auf einen Isolierstoffträger aufgewickelten Hochfrequenzdrossel besteht, deren Induktivität mit ihrer Eigenkapazität auf eine kurzwellige, im Bereich der zu entstörenden Empfangsfrequenz liegende Resonanzfrequenz abgestimmt ist, und die aus einem Widerstandsdraht gewickelt ist, der einen die Unterdrückung langwelliger Störfrequenzen bewirkenden ohmschen Wi-
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derstanu hat.
Die wichtigsten Frequenzbereiche, in denen ein von Zündungsstörungen freier Empfang sicherzustel- len ist, ist Band n (UKW-Rundfunkband, 87-100 MHz) und Band 1lI (Fernsehen 174 - 216 MHz). Je nach den von Fall zu Fall gestellten Forderungen sind die Dämpfungsglieder auszulegen. Zu bevorzugter Stör- 5 befreiung des Rundfunkbandes n ist z. B. ein Dämpfungszweipol mit einer Resonanz bei etwa 90 MHz in die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen einzuschalten. Die Störwellen für die langwelligeren Berei- che, in denen die Induktivität der Drosselspule nicht wirksam ist (KW, MW, LW), werden dadurch mit demselben Dämpfungszweipol unschädlich gemacht, dass die Drosselspule einen genügend grossen ohmschen
Widerstand erhält.
Versuche haben ergeben, dass dies in der Regel mit einem reellen Widerstand von etwa 0 1000 Ohm zu erreichen ist, d. i. mit einem Widerstandwert, durch welchen die Zündenergie der Zündan- lagen noch nicht merklich geschwächt wird. Ein derartiger Dämpfungszweipol wird zweckmässig in der
Nähe der die Schwingungen erzeugenden Funken in die Leitungen eingeschaltet und beispielsweise in die
Zündkerzen selbst, in einen Zündkerzenstecker oder in den Verteilerläufer einer Zündanlage eingesetzt.
Unter Umständen kann es zweckmässig oder notwendig sein, zwei oder gar drei gleicha. rtige Dämpfungs- 5 zweipole an verschiedenen Stellen in die Hochspannungsleitungen der Zündanlagen einzuschalten.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt : Fig. 1 einen Dämpfungszweipol für das UKW-Band II und Fig. 2 einen Dämpfungszweipol, der auf das UKW-
Band n und das Femsehband HI abgestimmt ist. In Fig. 3 ist schliesslich die Resonanzkurve des Dämpfungs- zweipols nach Fig. 2 dargestellt.
D Der Dämpfungszweipol nach Fig. l ist zum Einbau in einen Verteilerläufer einer Hochspannungszünd- anlage für mehrzylindrige Otto-Motoren bestimmt.
Er besteht aus einem 5 mm dicken Keramikkörper mit einer Dielektrizitätskonstante von 6, auf dessen EndenAnschIusskappen 10, 11 aufgepresst sind. Die Eigenkapazität des Keramikkörpers mit den beiden An- schlusskappen wurde einschliesslich eines Zuschlags für die Streukapazität und die Kapazität der Draht-
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auf eine Resonanzfrequenz gebracht werden, die etwa in der Mitte des UKW-Bereiches liegt, woraus eine Windungszahl von rund 170 für den Dämpfungszweipol errechnet werden kann. Mit dieser Windungszahl ist die auf den Keramikträger aufgewickelte Wicklung 12 ausgeführt, die sich über eine Länge von 17 mm zwischen den beiden Kappen 10 und 11 erstreckt, einen ohmschen Widerstand von 1000 Ohm aufweist und
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reich erzielt werden.
Dabei bewirkt der vorgesehene ohmsche Widerstand von 1000 Ohm gleichzeitig eine wirksame Störbefreiung im kurzen, mittleren und langen Wellenbereich.
Bei der Bemessung des ohmschen Widerstandes für einen Dämpfungszweipol nach der Erfindung ist man natürlich nicht auf 1000 Ohm festgelegt. Für die Wirkung eines auf die Resonanzfrequenz des zu entstö-
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vorzugsweise = 5 ist. Mit dieser Bemessungsgrundlage, die bei dem Dämpfungszweipol nach Fig. 1 verwirklicht ist, ist man hinsichtlich der Widerstandswerte zur Dämpfung langer und mittlerer Störwellen frei.
Trotzdem empfiehlt es sich natürlich, die Widerstandwerte so niedrig wie möglich zu halten, damit sie nicht durch Schwächung der Zündenergie den Betrieb der Brennkraftmaschinen durch Zündungsaussetzer in Frage stellen. Ein Widerstandswertvon 1000 Ohm hat sich unter Berücksichtigung aller dieser Erfordernisse
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bereich III entwickelt werden. Da im allgemeinen die Kapazität des Widerstandsträgers durch seine Abmessungen und die Anschlusskappen festliegt, muss in jedem Fall von dem genau festzustellenden Kapazitätswert dieser Bauelemente ausgegangen werden, da er für die Festlegung der Induktivität und damit der Windungszahl des Dämpfungszweipols bestimmend ist.
Schwieriger ist es, einen Dämpfungszweipol zu bauen, der eine aufdenUKW-Bereich II und ausserdem eine auf den Fernsehbereich III abgestimmte Resonanz hat. Dies kann z. B. durch zwei auf je einen der beiden Bereiche abgestimmte Dämpfungszweipole erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
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auf einen Tragkörper eine Drahtwicklung so aufzuteilen, dass Teilresonanzen entstehen, von denen je eine auf einen der zu entstörenden Frequenzbereiche abgestimmt ist.
Ein Dämpfungszweipol dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. Er ist zum Einbau in einen Zündkerzenstecker geeignet. Auf einen keramischen Träger 13 ist in diesem Fall eine Drahtwicklung 14 aus 70 Wini dungen und in einem Abstand davon eine Drahtwicklung 15 aus 27 Windungen aufgewickelt. Die galvanische Verbindung zwischen den Wicklungen 14 und 15 ist dabei durch drei weit auseinander gezogene Windungen der Spule hergestellt. Die Enden der beiden Wicklungen liegen an auf den Keramikkörper 13 aufgepress- ten Anschlusskappen 16 und 17, an denen einerseits eine Schraube 18 mit Holzschraubengewinde zum Eindrehen in die Seele eines Zündkerzenanschlusskabels und anderseits eine Anschlussbüchse 19 zum Aufstecken auf eine Zündkerze befestigt ist.
Die gegenüber dem Dampfungszweipol nach Fig. l grösseren Massen in Gestalt der Teile 18 und 19 bedingen eine wesentlich grössere natürliche Kapazität dieses Dämpfungszweipols. Dementsprechend sind die Windungszahlen, die erforderlich sind, um die Resonanzfrequenz beispielsweise auf den Frequenzbereich des UKW- Bandes II abzustimmen, kleiner als bei dem D mpfungszweipol nach Fig. l.
Die Resonanzkurve des Dämpfungszweipols nach Fig. 2 mit zweiteiliger Spulenwicklung ist in Fig. 3 dargestellt. Sie zeigt drei Dämpfungsmaxima (db) bei 95-, 137-und 200 MHz. In die Ausbildung des im UKW-Frequenzbereich II liegenden Maximums von 95 MHz geht dabei die volle Zahl 97 der auf den keramischen Träger 13 aufgewickelten Drahtwindungen ein, die bei 137 MHz und 200 MHz liegenden Teilresonanzen kommen dagegen unter dem Einfluss der Teilwicklungen 14 bzw.'15 zustande. Wesentlich für diese Anordnungen sind zwar nur die Resonanzen im Band II und III während die Resonanz bei 137 MHz zwangsläufig mit der Aufteilung der Drahtwicklung in Teilwicklungen 14,15 verbunden ist. Sie hat eine zusätzliche Dämpfung in einem ZwischenbereichzurFolge, der beispielsweise von Flugdiensten benützt wird.
Eine Kurvenform gemäss Fig. 3 kann natürlich auch unter Verwendung von auf zwei getrennte Keramikträger aufgewickelten Dämpfungszweipolen erzielt werden. In diesem Fall müsste auf den einen Keramikträger die Resonanzwicklung für die höhere Frequenz aufgewickelt sein, die zusammen mit der auf den andern Keramikträger aufgewickelten Wicklung auf den niedrigeren zu entstörenden Wellenbereich abzustimmen wäre. Auch in diesem Fall liegt zwischen den beiden Bereichen ein nicht unmittelbar ausgenUtztes Maximum. Unter Umständen kann es einfacher sein, das aus der-Gesamtwindungszahl der Dämpfungszweipole resultierende Dämpfungsmaximum in einen niedrigeren Frequenzbereich als denjenigen des UKWBandes II zu legen.
In diesem Fall ist das UKW-Band durch die Teilresonanz der grösseren Windungszahl entstört, während der höhere Frequenzbereich die Teilresonanz der kleineren Windungszahl enthält.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Frequenzabhängiger Dämpfungszweipol mit einem Gleichstromwiderstand von etwa 1000 Ohm zur Unterdrückung hochfrequenter Schwingungen, die von Funkenstrecken in ZUndanlagen zum Betrieb von Otto-Motoren ausgehen und Störungen in Geräten der drahtlosen NachrichtenUbermittlung und Bildübertragung verursachen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer auf einen Isolierstoffträger aufgewickelten Hochfrequenzdrossel besteht, deren Induktivität mit ihrer Eigenkapazität auf eine kurzwellige, im Bereich der zu entstörenden Empfangsfrequenz liegende Resonanzfrequenz abgestimmt ist und die aus einem Widerstandsdraht gewickelt ist, der einen die Unterdrückung langwelliger störfrequenzen bewirkenden ohmschen Widerstand hat.