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Die
Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor in einem tragbaren, handgeführten Arbeitsgerät, wie eine
Motorkettensäge,
ein Trennschleifer, ein Freischneider, ein Blasgerät oder dgl.
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
derartigen Verbrennungsmotoren ist bekannt, den Wechselstromgenerator
als Energiequelle zum Betrieb der Zündung ebenso zu benutzen wie als
Energiequelle für
elektrische Verbraucher, z. B. eine Vergaserheizung, eine Griffheizung
für eine
Motorsäge
oder dgl..
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In
Gehäusen
von tragbaren, handgeführten Arbeitsgeräten steht
nur wenig Bauraum zur Anordnung eines Wechselstromgenerators zur
Verfügung. Um
ausreichend Leistung zur Verfügung
zu stellen, muss der Generator entsprechend groß gebaut und leistungsstark
ausgelegt sein; dabei ist zu berücksichtigen,
dass ein Wechselstromgenerator in tragbaren, handgeführten Arbeitsgeräten erheblichen
mechanischen Belastungen wie z. B. durch Vibrationen unterliegt.
Auch muss das thermische Verhalten des Generators geeignet ausgelegt
sein, um Schädigungen
am Generator selbst und/oder der Einbauumgebung zu vermeiden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Verbrennungsmotor mit
einem Wechselstromgenerator zu versehen, der wenig Bauraum beansprucht,
ausreichend elektrische Leistung zur Verfügung stellt und mechanischen
und thermischen Belastungen über
eine lange Betriebsdauer widersteht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
Wechselstromgenerator ist innerhalb der radialen Begrenzung des
Radkörpers
und außerhalb des
Kurbelgehäuses
angeordnet ist. So kann der Generator teilweise in das Kurbelgehäuse und/oder
in den Radkörper
einragen oder integriert werden. Der Stator mit einer insbesondere
stehenden Induktionsspule ist von der Kurbelwelle durchragt, während der Rotor
drehfest mit dem Radkörper
verbunden ist. Aufgrund der Anordnung des Wechselstromgenerators
im Bereich zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Radkörper ist
ein mechanischer Schutz gegen Beschädigung und Verschmutzung gegeben.
Wird das Kurbelgehäuse
entsprechend gestaltet und der mit der Kurbelwelle umlaufende Radkörper modifiziert,
kann in dem entstehenden Raum der Wechselstromgenerator angeordnet
werden, ohne dass sich die Baulänge
in Kurbelwellenrichtung wesentlich vergrößert.
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Der
mit der Kurbelwelle umlaufende Radkörper kann z. B. der mit der
Kurbelwelle drehfest verbundene Teil einer Kupplung sein, über die
ein Werkzeug vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Vorteilhaft
ist der Radkörper
von einem Gebläserad
gebildet, welches Kühlluft
zum Verbrennungsmotor fördert.
Dieses Gebläserad
trägt auf
seiner dem Kurbelgehäuse
zugewandten Seite den Rotor, wobei der Rotor zweckmäßig in den
Gebläseradkörper integriert
ist. Die Integration kann so weit gehen, dass der Stator im Wesentlichen
innerhalb der Außenkontur
des Radkörpers
liegt, also der Gebläseradkörper den
Rotor vollständig übergreift.
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Die
Magnete des Magnetrings liegen zweckmäßig in Aufnahmetaschen des
Radkörpers
selbst und sind vorteilhaft in diesen Aufnahmetaschen durch Verkleben
oder Verklemmen gegen Herausfallen gesichert. Um den magnetischen
Fluss zu verbessern, kann der Magnetring des Rotors einen außenliegenden
Rückschlussring
aufweisen. Auch wäre
die Anordnung eines Einzelmagneten anstelle des Magnetrings zweckmäßig.
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Der
Stator wird im Wesentlichen von einem Spulenkörper gebildet, der von einem
Statorjoch mit am äußeren Umfang
des Spulenkörpers
liegenden Polen umgriffen ist. Dabei setzt sich das Statorjoch aus
mindestens zwei Blechen geringer Dicke zusammen, wobei das eine
Blech auf der einen Stirnseite des Spulenträgers und das andere Blech auf
der anderen Stirnseite des Spulenträgers angeordnet ist. Die Pole
der Statorbleche greifen mit Abständen zwischen den Polen kammartig
ineinander und liegen am äußeren Umfang
des Spulenträgers,
wobei die Bleche am inneren Umfang des Spulenträgers flussleitend ineinander
greifen. Bevorzugt sind die Statorbleche am Innenumfang des Spulenkörpers formschlüssig oder
kraftschlüssig
untereinander und/oder mit dem Spulenkörper verbunden, z. B. verclipst.
Um einen unerwünschten
Streufluss zwischen den Klauen zu vermeiden, wird der Abstand zwischen
benachbarten Klauen größer als
2 mm, vorzugsweise größer als
3 mm ausgeführt.
Um einerseits bei geringen Drehzahlen von etwa 300 l/min eine ausreichend hohe
Leistung und andererseits bei hohen Drehzahlen von etwa 15000 l/min
keine zu hohe Wärmeentwicklung
zu haben, ist das Statorblech mit einer Dicke von etwa ≤ 1 mm gewählt. Das
Statorblech ist dabei vorteilhaft aus Elektroblech gefertigt. Elektroblech hat
die positive Eigenschaft, dass es aufgrund eines hohen elektrischen
Widerstandes schädliche
Wirbelströme
reduziert und dennoch den magnetischen Fluss gut leitet. Damit wird
ein klein bauender Klauenpolgenerator mit stehender Spule geschaffen,
der eine hohe Drehzahldynamik von 300 l/min bis 15000 l/min besitzt,
ohne heiß zu
werden. Durch den Klauenpolgenerator werden Leistungen von 2 bis
20 Watt bei niedriger Drehzahl und Leistungen zwischen 40 und etwa
200 Watt bei hoher Drehzahl zur Verfügung gestellt.
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Um
eine ausreichende elektrische Leistung zur Verfügung zu stellen, ist der Abstand
zwischen zwei benachbarten Polen dem n-ten Teil einer Kurbelwellenumdrehung
entsprechend ausgebildet, wobei n eine ganze Zahl zwischen 6 und
24 ist. Eine vorteilhafte Gestaltung ergibt sich, wenn der Stator gleichmäßig über den
Umfang des Spulenkörpers verteilt
zwölf Pole
aufweist, wobei sechs Pole dem Statorblech der einen Stirnseite
und sechs Pole dem Statorblech der anderen Stirnseite zugeordnet
sind. Derartige Generatoren zeigen Leistungen zwischen 2 und 200
Watt.
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In
besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselstromgenerator
nicht nur als Energiequelle vorgesehen, sondern gleichzeitig als
Zündwinkelgeber.
Hierzu werden die Signale des Wechselstromgenerators elektronisch
ausgewertet, da das Wechselspannungssignal charakteristische Merkmale
enthält,
die auf die Drehlage der Kurbelwelle schließen lassen. Wird ein charakteristisches
Merkmal erkannt, kann die aktuelle Drehlage der Kurbelwelle dem
entsprechenden Kurbelwellenwinkel des charakteristischen Merkmals
zugeordnet werden, so dass eine Zündung entsprechend dem Kurbelwellenwinkel
erfolgen kann, ohne dass Drehwinkelsensoren notwendig sind.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der vorzugsweise als
Klauenpolgenerator, Sterngenerator oder dergleichen ausgebildete
Wechselstromgenerator als Startermotor zu schalten, um damit den
Verbrennungsmotor anzuwerfen oder zumindest den Anwerfvorgang zu
unterstützen.
Zweckmäßig ist
der Wechselstromgenerator in einem ersten Betriebszustand als Energiequelle
und/oder Signalgeber wie z. B. Zündwinkelgeber
geschaltet und in einem zweiten Betriebszustand als Startermotor.
Dabei kann das System im zweiten Betriebszustand von einer Energiequelle – z. B.
einer internen oder externen Starterbatterie – gespeist werden. Eine Starterbatterie
kann dann im ersten Betriebszustand des Wechselstromgenerators von
diesem aufgeladen werden.
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In
der Anmeldung ist der Begriff Wechselstromgenerator allgemein zu
verstehen, derart, dass der Wechselstromgenerator – durch
entsprechend andere Beschaltung – auch als Startermotor zu
nutzen ist. Ein auch als Startermotor zu nutzender Wechselstromgenerator
kann auch allgemein als Wechselstrommaschine bezeichnet werden.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im Einzelnen
beschriebene Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen Verbrennungsmotor mit einem Wechselstromgenerator,
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2 in
schematischer Darstellung den Aufbau eines bei einem Verbrennungsmotor
nach 1 angeordneten Wechselstromgenerators,
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3 eine
Explosionsdarstellung des Stators des Wechselstromgenerators nach 2,
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4 eine
Stirnansicht des Stators nach 2,
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5 einen
Schnitt längs
der Linie V-V in 4,
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6 einen
Schnitt durch den Verbrennungsmotor nach 1 mit am
Kurbelgehäuse
befestigtem Stator,
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7 in
vergrößerter Darstellung
den Schnitt durch den am Verbrennungsmotor angeordneten Wechselstromgenerator,
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8 eine
vergrößerte Darstellung
der Befestigung des Stators am Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors,
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9 eine
idealisierte Darstellung des Spannungsverlaufs des Wechselstromgenerators,
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10 eine
schematische Darstellung des Aufbaus des Rotors als integriertes
Bauteil im Gebläserad
des Kühlluftgebläses,
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11 eine
Ansicht des Gebläserades
nach 9 mit integriertem Rotor des Wechselstromgenerators,
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12 eine
Ansicht auf ein Gebläserad
mit integriertem Rotor und in Aufnahmetaschen des Gebläserades
gehaltenen Magneten,
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13 eine
Ansicht auf die Rückseite
eines Gebläserades
mit integriertem Rotor und angeordnetem magnetischen Rückschlussring,
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14 eine
Ansicht auf die Rückseite
eines Gebläserades
mit in Aufnahmetaschen geklemmten Einzelmagneten,
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15 eine
Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines mit Befestigungslaschen
versehenen Stators des Wechselstromgenerators,
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16 eine
Ansicht des Stators nach 15 in
zusammengebautem Zustand,
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17 eine
Stirnansicht auf den Stator nach 16,
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18 einen
Schnitt längs
der Linie XVIII-XVIII in 17,
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19 eine
Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Stators
mit geblechtem Joch,
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20 eine
Ansicht des Stators nach 19 in
zusammengebautem Zustand,
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21 eine
Stirnansicht auf den Stator nach 20,
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22 einen
Schnitt längs
der Linie XXII-XXII in 21,
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23 eine
Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Stators
mit geblechtem Joch,
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24 eine
Ansicht des Stators nach 23 in
zusammengebautem Zustand,
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25 eine
Stirnansicht auf den Stator nach 24,
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26 einen
Schnitt längs
der Linie XXVI-XXVI in 25,
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27 einen
Umfangsabschnitt eines Stators mit Draufsicht auf besonders gestaltete
Klauenpole,
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28 einen
Spannungsverlauf der induzierten Spannung eines Wechselstromgenerators
mit einer Klauenausbildung nach 27,
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29 ein
Ausführungsbeispiel
einer Ausbildung eines Magnetrings des Rotors,
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30 eine
Ansicht einer Basisplatte zur Halterung eines Stators mit Befestigungslaschen
gemäß 16 oder 20,
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31 einen
Schnitt durch eine Basisplatte zur Halterung eines Stators mit einem
Klemmteil,
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32 in
vergrößerter Darstellung
ein Klemmteil zum Einclipsen in die Halterung nach 31,
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33 in
schematischer Darstellung eine Keilverbindung zwischen einer Grundplatte
und einem Stator,
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34 in
schematischer Darstellung einen Wechselstromgenerator mit einem
zweipoligen Stator,
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35 eine
Ansicht des Stators nach 34,
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36 ein
Schnitt längs
der Linie XXIX-XXIX in 35,
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37 eine
perspektivische Darstellung eines Spulenträgers mit aufgewickelter Spule,
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38 eine
perspektivische Darstellung eines Stators gemäß 37 mit
Anschluss für
eine Signalleitung,
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39 einen
Stator gemäß 38 mit
angeschlossener Signalleitung,
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40 in
perspektivischer Darstellung einen Spulenkörper mit am Spulenkörper gehaltenem
elektrischen Verbindungsteil,
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41 in
perspektivischer Darstellung den Spulenkörper nach 40 mit
an die Spule angeschlossener Signalleitung,
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42 in
perspektivischer Darstellung einen Spulenkörper mit aufgewickelter Spule
und einem in Wire-Wrap-Technik auf einen Dorn gewickelten Spulenende
sowie eine Signalleitung mit einer Steckbuchse,
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43 den
Spulenkörper
nach 42 mit auf den Dorn aufgesetzter Steckbuchse,
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44 den
Spulenkörper
nach 43 mit die Buchse sichernden Statorblechen,
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45 eine
schematische Darstellung eines als Sterngenerator ausgebildeten
Wechselstromgenerators.
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In
der schematischen Darstellung in 1 ist ein
Verbrennungsmotor 1 dargestellt, der im Ausführungsbeispiel
als Zweitaktmotor ausgebildet ist. Die Erfindung ist aber nicht
auf die Verwendung bei ein- oder mehrzylindrigen Zweitaktmotoren
beschränkt; sie
ist auch bei ein- oder mehrzylindrigen Viertaktmotoren oder anderen
Motoren wie z. B. Kreiskolbenmotoren einsetzbar. In modernen Arbeitsgeräten wie Motorkettensägen, Trennschleifern,
Freischneidern, Blasgeräten
oder dgl. werden derartige Motoren, insbesondere Hubkolbenmotoren
als Antriebsmotoren eingesetzt.
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Der
Verbrennungsmotor 1 umfaßt einen Zylinder 2 mit
einem Kurbelgehäuse 3,
in dem eine Kurbelwelle 4 drehend gelagert ist. Im Zylinder 2 ist
ein Brennraum 5 ausgebildet, der von einem auf- und abgehenden
Kolben 6 begrenzt ist. Der Kolben 6 ist über ein
Pleuel 7 mit der Kurbelwelle 4 im Kurbelgehäuse 3 verbunden
und treibt diese drehend an. Im gezeigten Aus führungsbeispiel mündet ein
Einlassfenster 8 für
Verbrennungsluft und/oder Gemisch in den Brennraum 5, wobei
das Einlassfenster 8 am Ende eines Überströmkanals 14 in der
Zylinderwand vorgesehen ist. Das andere Ende des Überströmkanals 14 ist
zum Kurbelgehäuse 3 hin
offen. Ferner ist ein Auslass 9 angeordnet, über den
Verbrennungsgase aus dem Brennraum 5 abgeleitet werden.
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Dem
Verbrennungsmotor 1 wird über einen Vergaser 10 ein
Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt, wobei
der Gemischeinlass 11 in das Kurbelgehäuse 3 mündet. Die
Verbrennungsluft wird über
einen Luftfilter 12 angesaugt und über den Ansaugkanal 13 und den
Vergaser 10 dem Gemischeinlass 11 zugeführt. Bei
aufwärts
fahrendem Kolben 6 wird aufgrund des im Kurbelgehäuse 3 entstehenden
Unterdrucks das Gemisch über
den Gemischeinlass 11 in das Kurbelgehäuse 3 angesaugt. Bei
abwärts
fahrendem Kolben 6 wird das ins Kurbelgehäuse 3 angesaugte
Gemisch über
den Überströmkanal 14 zum
Einlassfenster 8 geführt
und strömt
in den Brennraum 5 ein. Bei weiter aufwärts fahrendem Kolben werden
das Einlassfenster 8 und der Auslass 9 verschlossen,
so dass das im Brennraum 5 vorhandene Gemisch verdichtet
wird. Das verdichtete Gemisch wird über eine Zündkerze 15 gezündet; die
expandierenden Verbrennungsgase treiben den Kolben 6 nach
unten, wobei der Auslass 9 geöffnet wird und die Verbrennungsgase
abströmen
können.
Die Menge der zuströmenden
Verbrennungsluft wird durch eine verschwenkbare Drosselklappe 10a im
Vergaser 10 gesteuert.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
wird von der Kurbelwelle 4 ein Gebläserad 51 für die Kühlluftzufuhr
sowie ein Wechselstromgenerator 16 angetrieben, wobei die
induzierten Spannungssignale des Generators 16 über eine
Leitung 17 einer Zündeinheit 18 zugeführt werden.
Die Zündeinheit 18 ist über ein
Hochspannungskabel 25 mit der Zündkerze 15 verbunden.
Das Hochspannungskabel 25 und die elektrische Leitung 17 sind
als Verbindung zwischen dem Motor 1 und der Zündeinheit 18 zur
Funktion ausreichend.
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Der
am Verbrennungsmotor 1 vorgesehene Wechselstromgenerator 16 ist
in einem ersten Ausführungsbeispiel
vorteilhaft als sogenannter Klauenpolgenerator ausgebildet, wie
er in 2 in Explosionsdarstellung schematisch dargestellt
ist. Allgemein kann von einer Wechselstrommaschine gesprochen werden,
die in einer Betriebsart als Generator betrieben wird und in einer
vorzugsweisen konstruktiven Gestaltung z. B. den Aufbau eines Klauenpolgenerators
hat. Der Generator 16 kann zur Versorgung von elektrischen
Verbrauchern vorgesehen sein, z. B. zur Versorgung einer Vergaserheizung 96,
die mit der Zündeinheit 18 über ein
Kabel 95 verbunden ist. Die Energie des Wechselspannungssignals
kann ferner für
andere interne wie externe Verbraucher genutzt werden, so auch zum
Laden eines Akkus, der z. B. die Zündung oder einen elektrischen
oder elektromagnetischen Anlasser speist. Das Wechselspannungssignal
kann in der Zündeinheit 18 bei
Bedarf aufbereitet werden.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist der Wechselstromgenerator 16 derart
ausgebildet bzw. beschaltet, dass er in einer anderen Betriebsart
auch als Startermotor arbeiten kann. Der als Startermotor arbeitende
Wechselstromgenerator 16 kann allein dem Anwerfen des Verbrennungsmotors 1 dienen oder
den Anwerfvorgang unterstützen,
z. B. zusammen mit einem Seilzugstarter. Bevorzugt ist der Wechselstromgenerator 16 so
ausgelegt, dass er in einem Betriebszustand als Startermotor den
Verbrennungsmotor 1 ohne weitere Fremdhilfe anwerfen kann.
In dem anderen durch eine Schalteinheit 77 geschalteten
Betriebszustand wird der Generator 16 dann als Energiequelle
und/oder Signalquelle genutzt, um z. B. die Zündeinheit 18 über die
Leitung 17 zu speisen und ein Zündwinkelsignal abzugeben. Der
Wechselstromgenerator 16 ist somit gleichzeitig Energiequelle,
Zündwinkelgeber,
Signalgeber, Sensor und Startermotor, je nachdem, in welchem Betriebszustand
er über
die Schalteinheit 77 geschaltet ist. Bei der Verwendung
als Startermotor wird der Generator 16 von einer Energiequelle 78 gespeist,
die eine aufladbare Starterbatterie sein kann und auch die notwendige
Energie für
die Zündung
beim Start zur Verfügung
stellt. Die Energiequelle 78 ist über die Schalteinheit 78 und
die Leitung 76 auf den Generator aufschaltbar.
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Es
kann vorteilhaft sein, die Zündeinheit 18 getrennt
vom Generator 16 an einer thermisch vorteilhaften Stelle
anzuordnen. So ist es aufgrund des konstruktiven Aufbaus möglich, die
Zündeinheit 18 auf
der Unterseite des Kurbelgehäuses 3 anzuordnen,
so dass sie entfernt vom Zylinder 2 liegt. Auch ist eine
Anordnung im Bauraum des Klauenpolgenerators 16 zwischen
Kurbelgehäuse 3 und
Radkörper 50 zweckmäßig. Um
die Länge
des Hochspannungskabels zur Zündkerze 15 gering
zu halten, kann eine Hochspannungseinheit getrennt von der Zündeinheit 18 nahe
der Zündkerze
angeordnet oder sogar in diese integriert werden.
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Der
Generator 16 besteht im Wesentlichen aus einem gehäusefesten
Spulenkörper 20,
der über Befestigungsschrauben
am Kurbelgehäuse 3 des Verbrennungsmotors
gehäusefest
festlegbar ist. Die Befestigungsschrauben durchragen Befestigungsöffnungen 23 im
Stator 40, wobei der Spulenkörper 20 auf seinen
Stirnseiten je ein Blech 41 trägt, dessen Pole 42 den
Außenumfang 21 des
Spulenkörpers 20 übergreifen.
Der Aufbau ist vorteilhaft der eines Klauenpolgenerators. So ist
die im Spulenkörper
angeordnete Spule 22 im Ausführungsbeispiel nach 2 von
insgesamt zwölf
Klauen 42 übergriffen,
wobei die Klauen 42 abwechselnd von der einen und der anderen
Stirnseite her die Spule 22 übergreifen. Die Klauen bilden
Pole 42 eines Magnetkreises für den magnetischen Wechselfluss.
Zwischen den Klauen 42 und der Spule 22 liegt
vorteilhaft ein O-Ring 29, der die Umfangsnut verschließt.
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Die
Aufteilung des Umfangs in eine ganzzahlige Anzahl von Polen/Klauen 42 erfolgt
mit der Absicht der Induktion eines aussagefähigen Wechselspannungssignals.
Danach soll über
eine Kurbelwellenumdrehung ein Wechselspannungssignal mit mehreren
Perioden erzeugt werden. Vorteilhaft wird eine Kurbelwellenumdrehung
in n Perioden T aufgeteilt, wobei n größer als zwei sein soll und
maximal zwölf
beträgt.
Vorteilhaft ist n eine ganze Zahl zwischen 4 und 8, insbesondere
zwischen 5 und 7. Im Ausführungsbeispiel
ist n zu sechs gewählt,
so dass ein kontinuierliches Wechselspannungssignal mit sechs Vollwellen
bzw. 12 Halbwellen erzeugt wird, wie 9 zeigt.
Die konstruktive Zuordnung von Stator 40 und Rotor 52 ist
kann vorteilhaft so gewählt sein,
dass der obere Totpunkt TDC des Kolbens nahe dem, vorzugsweise im
Maximum einer Halbwelle liegt. Die Drehlage liegt zweckmäßig so,
dass ein Nulldurchgang Oi bei vorzugsweise
etwa 15° KW
vor dem oberen Totpunkt TDC liegt. Entsprechend liegt der untere
Totpunkt des Kolbens bei etwa 195° KW.
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Der
genaue Aufbau des Stators ergibt sich aus den 3 bis 5.
Der Spulenkörper 20 ist
ein insbesondere aus Kunststoff bestehender Formkörper, der
eine äußere Umfangsnut
zur Aufnahme der Spule 22 oder auch mehreren Spulen aufweist.
Die im Ausführungsbeispiel
in die Umfangsnut gewickelte Spule 22 wird von mehreren,
magnetische Pole bildenden Klauen 42 übergriffen, wobei die Klauen 42 in Umfangsrichtung
voneinander mechanisch getrennt liegen. Bevorzugt beträgt der Abstand
zwischen benachbarten Klauen 42 mehr als 2 mm, insbesondere mehr
als 3 mm. Auf jeder Stirnseite des Spulenkörpers 20 ist ein Statorblech 41 vorgesehen,
wobei jedes Statorblech 41 im gezeigten Ausführungsbeispiel mit
sechs Klauen die Spule 22 übergreift. Der Umfangsabstand
U zwischen zwei benachbarten Klauen beträgt – wie 4 zeigt – 30° KW, so dass über den Umfang
des Stators 40 zwölf
Klauen 42 als magnetische Pole vorgesehen sind. Je sechs
Pole ragen von jeweils einem Statorblech über die Spule, so dass in Umfangsrichtung
die Pole abwechselnd dem einen Statorblech auf der einen Stirnseite
oder dem anderen Statorblech auf der anderen Stirnseite zuzuordnen
sind. Die Statorbleche 41 bestehen aus einem magnetisch
geeigneten dünnen
Blech, insbesondere aus einem Blech von etwa ≤ 1 mm Dicke. Besonders geeignet
hierfür
ist Elektroblech.
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Zur
Befestigung des zusammengebauten Stators nach 4 sind
im Spulenkörper 20 und
den jeweiligen Statorblechen 41 Durchgangslöcher 23 vorgesehen,
die in einem Ausführungsbeispiel (2, 4, 5)
am radial inneren Umfang 43 des Spulenkörpers 20 liegen. Die
Befestigungslöcher 23 durchdringen
den Spulenkörper
radial innerhalb der Spule 22, so dass ein den Stator 40 übergreifender
Rotor 52 nicht durch Befestigungsmittel behindert ist.
Es kann auch zweckmäßig sein,
die Befestigungslöcher 23 am
radial äußeren Umfang
anzuordnen, so dass die Spule 22 innerhalb der Befestigungslöcher 23 liegt.
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Die
das Statorjoch bildenden beiden Bleche 41 greifen am inneren
Umfang des Spulenkörpers 20 flussleitend
ineinander. Bevorzugt sind die Statorbleche 41 am Innenumfang 43 des
Spulenkörpers 20 untereinander
und/oder mit dem Spulenkörper 20 formschlüssig oder
kraftschlüssig
verbunden, insbesondere verclipst. Radial innere Laschen 44 des
einen Bleches 41 greifen in entsprechende Ausnehmungen 45 des
anderen Bleches 41. Die zur gehäusefesten Montage des Stators 40 durch
die Befestigungslöcher 23 geführten Befestigungsschrauben 25 fixieren
den Stator 40 zusätzlich,
so dass auch unter mechanischer oder elektrischer Last ein axiales
Auseinanderfallen verhindert ist.
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Zur
Reduzierung des Streuflusses kann der Bereich des Statorbleches 41 zwischen
zwei Klauen 42 geeignet geformt, bei spielsweise gerundet
ausgeführt
sein, wie in 4 strichliniert dargestellt.
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Wie 2 zeigt,
ist dem gehäusefesten
Stator 40 ein Magnetring 30 aus einzelnen Dauermagneten 31 zugeordnet,
wobei die Dauermagneten 31 mit wechselnden Polaritäten über den
Umfang verteilt liegen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind entsprechend
der Anzahl der Klauen bzw. Pole 42 am Stator 40 zwölf Dauermagnete 31 vorgesehen.
Die Dauermagnete 31 liegen in Umfangsrichtung mit einem
Winkelabstand von 30° KW
zueinander.
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Die
Dauermagnete 31 sind in einem Ausführungsbeispiel in einem als
Gebläserad 51 ausgebildeten
Radkörper 50 angeordnet,
der drehfest auf der Kurbelwelle 4 montiert ist. Der Radkörper 50 ist
in 1 als strichlinierter Kreis schematisch dargestellt.
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Die
im Radkörper 50 des
Gebläserades 51 bevorzugt
in Aufnahmetaschen 53 (12) gehaltenen
Magnete 31 werden zur Verstärkung ihrer magnetischen Wirkung
mit einem magnetischen Rückschlussring 32 umgeben.
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Wie
die 6 bis 8 zeigen, ist der im Ausführungsbeispiel
vorteilhaft als Klauenpolgenerator ausgebildete Wechselstromgenerator 16 im
Bereich eines stirnseitigen Endes 24 der Kurbelwelle 4 zwischen
dem Kurbelgehäuse 3 und
dem Radkörper 50 angeordnet.
Der Rotor 52 ist dabei Teil einer Kupplung, über die
ein Werkzeug eines Arbeitsgerätes
von der Kurbelwelle angetrieben wird. Ein derartiges Arbeitsgerät ist z.
B. ein Trennschleifer. Der Stator 40 des Wechselstromgenerators 16 ist
von dem Ende 24 der Kurbelwelle 4 durchragt, wobei
der Rotor 52 der Kupplung auf dem Ende 24 befestigt
ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
nach den 6 bis 8 ist der
Stator 40 mittels Befestigungsschrauben 25 am
Kurbelgehäuse 4 festgelegt,
wozu zweckmäßig am Kurbelgehäuse 4 ein
Befestigungsdom 26 angeformt ist, auf dessen Stirnseite 27 ein
Blech 41 des Statorjoches aufliegt. Dadurch ist nicht nur
eine gute mechanische Halterung erreicht, sondern zugleich eine
elektrische Masseverbindung hergestellt. Die Spule 22 ist
vorteilhaft mit einem Ende elektrisch am Statorblech 41 angeschlossen,
so dass eine elektrische Masseverbindung zur Spule hergestellt ist.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach den 6 bis 8 ist die
Anordnung des Stators 40 und des Rotors 52 derart
vorgesehen, dass der Stator 40 vollständig innerhalb der Außenkontur
des Radkörpers 50 liegt.
Dabei kann die axiale Lage des Radkörpers 50 durch entsprechend
dicke Unterlegscheiben 28 auf dem Ende 24 der
Kurbelwelle eingestellt werden.
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Durch
die Lage des Stators 40 zwischen dem Radkörper 50 und
dem Kurbelgehäuse 3 ist
der Wechselstromgenerator 16 gegen Verschmutzung und mechanische
Einwirkungen geschützt.
Die flächige
Anlage an Stirnseiten 27 von Befestigungsdomen 26 stellt
nicht nur eine gute Masseverbindung sicher, sondern gewährleistet
auch einen guten Wärmeübergang
auf das Kurbelgehäuse 3,
so dass einer Überhitzung
der Induktionsspule 22 bzw. der Induktionsspulen entgegengewirkt
ist.
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Bei
Drehung der Kurbelwelle dreht sich der Magnetring 30 des
Rotors 52 um die Klauen bzw. Pole 42 des Stators 40,
wodurch der Wechselstromgenerator 16 ein sinusförmiges Wechselsignal
entsprechend der idealisierten normierten Darstellung in 9 abgibt.
Die Zuordnung von Rotor 52 und Stator 40 des Wechselstromgenerators 16 ist
dabei so getroffen, dass kurz vor dem oberen Totpunkt TDC des Kolbens
ein Nulldurchgang Oi liegt. In 9 liegt
der obere Totpunkt TDC des Kolbens bei etwa 15° KW nach einem Nulldurchgang
Oi; entsprechend liegt der untere Totpunkt
BDC des Kolbens bei etwa 195° KW.
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Die
Anzahl der Pole 42 bzw. Klauen eines Stators 40 wird
dabei so gewählt,
dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Polen dem n-ten Teil
einer Kurbelwellenumdrehung entspricht. n ist vorteilhaft eine ganze
Zahl zwischen 6 und 24. Im Ausführungsbeispiel
ist n gleich 12 gewählt,
so dass der Stator 40 gleichmäßig über den Umfang des Spulenkörpers 20 verteilt
zwölf Pole 42 aufweist.
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Aufgrund
der zwölf
Pole 42 und der in entsprechender Anzahl zugeordneten zwölf Dauermagnete 31 des
Magnetrings 30, die in wechselnder Polarität über den
Umfang nebeneinander liegen, ergibt sich bei Drehung des Rotors 52 das
Signalbild gemäß 9.
Der Abstand zwischen zwei Nulldurchgängen Oi und
Oi+1 entspricht exakt den 30° KW der konstruktiven
Auslegung des Stators 40 sowie des Rotors 52. Über eine
Kurbelwellenumdrehung von 360° KW
erhält
man somit zwölf
Nulldurchgänge
O1 bis O12 des Signals S. Die Zeit t zwischen zwei Nulldurchgängen Oi ist abhängig
von der Drehzahl der Kurbelwelle 4, so dass die Zeit t
ein Maß für die Drehzahl
der Kurbelwelle 4 ist. In jedem Nullstellenintervall Ni kann somit durch Bestimmen der Zeit t und
der bekannten konstruktiven Auslegung des Stators (30° KW Abstand
der Pole 42) für
jedes Nullstellenintervall N1 bis N12 die aktuelle Drehzahl ermittelt
werden. Das Wechselspannungssignal S besteht somit aus sechs Perioden
I bis VI der Periodendauer T.
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Wird
der erfindungsgemäße Wechselstromgenerator 16 nicht
nur als Energiequelle genutzt, sondern auch als Zündwinkelgeber
eingesetzt, kann es zweckmäßig sein,
die gehäusefeste
Drehlage des Stators 40 am Kurbelgehäuse 3 derart vorzusehen, dass
der obere Totpunkt TDC des Kolbens 6 z. B. in einem Maximum
der Halbwelle liegt oder etwa 15° KW
nach einem Nulldurchgang Oi des Spannungssignals
S liegt. Eine konstruktive Ausrichtung des Stators 40 derart,
dass der obere Totpunkt des Kolbens 6 in der Mitte zwischen
zwei Nulldurchgängen
Oi liegt, so im Bereich des Maximums der
Halbwelle, kann die Auswertung des Wechselspannungssignals S als
Zündwinkelsignal
vereinfachen. Um einen Nulldurchgang Oi des
induzierten Wechselspannungssignals S fehlerarm zu erkennen ist
vorgesehen, den Stromfluss durch eine eventuelle elektrische Last etwa
5° KW vor
einem erwarteten Nulldurchgang Oi bis etwa
1° KW nach
diesem Nulldurchgang Oi zu unterbinden wie
z.B. abzuschalten, also die Nullstellenerfassung bei lastfreiem
Generator 16 auszuführen.
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In 10 ist
eine Prinzipdarstellung der Integration des Magnetrings 30 des
Rotors 52 in den Radkörper 50 des
Gebläserades 51 dargestellt. Zweckmäßig werden
die mit wechselnder Polarität nebeneinander
liegenden Dauermagnete 31 in einen gemeinsamen Haltering 33 eingesetzt,
der bevorzugt als Kunststoffring ausgebildet ist. In dem Haltering 33 sind
einzelne Aufnahmetaschen 34 vorgesehen, die zum Boden 54 des
Radkörpers 50 hin
offen sind. Der mit den Dauermagneten 31 bestückte Haltering 33 wird
axial in den Aufnahmetopf 55 des Radkörpers 50 eingesetzt.
Zweckmäßig erfolgt
die Fixierung des Halterings 33 im Aufnahmetopf 55 durch
Haltelaschen, durch Kleben oder dgl..
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In 11 ist
eine Anordnung gemäß 10 im
montierten Zustand gezeigt. Der Aufnahmetopf 55 ist als
zentrale Ansenkung im Radkörper 50 des
Gebläserades 51 ausgebildet,
wobei der Haltering 33 über
einen Teil seiner axialen Höhe
in der Kontur des Radkörpers 50 aufgenommen
ist. Im Ausführungsbeispiel
nach 11 ist zur Verstärkung des magnetischen Flusses
ein magnetischer Rückschlussring 32 angeordnet,
der in geeigneter Weise drehfest im Aufnahmetopf 55 gehalten
ist. Der Rückschlussring 32 weist
Klemmlaschen 35 auf, die über den Haltering 33 gebogen
werden und diesen in seiner Lage im Aufnahmetopf 55 sichern.
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In
den 12 bis 14 sind
weitere Ausführungsbeispiele
der Integration des Rotors 52 in einem Radkörper 50 eines
Gebläserades 51 gezeigt.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 12 ist der Rand des Aufnahmetopfes 55 derart
stark ausgebildet, dass in dieser Wand 56 einzelne Aufnahmetaschen 53 zum
Einstecken der Dauermagnete 31 ausgebildet sind. Der Abstand
A der Dauermagnete 31 entspricht 30° KW; die zwölf angeordneten Dauermagnete 31 sind
in entsprechenden Aufnahmetaschen 53 über den Umfang des Aufnahmetopfes 55 gleichmäßig verteilt.
Der Innendurchmesser Di des Aufnahmetopfes 55 ist
derart vorgesehen, dass ein zugeordneter Stator 40 kollisionsfrei übergriffen
wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass der Spalt zwischen
dem Außenumfang 21 des
Stators 40 und dem Innenumfang des Aufnahmetopfes 55 minimiert
ist, um eine gute magnetische Wechselwirkung zwischen den Dauermagneten 31 und
den Klauen 42 des Statorjoches zu gewährleisten.
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Die
in die Aufnahmetaschen 53 eingesetzten Dauermagnete 31 sind
mechanisch fest gehalten, wozu die Aufnahmetaschen 53 mit
leichtem Untermaß ausgebildet
werden. Dadurch sind die Dauermagnete 31 mittels Klemmung
in ihren Aufnahmetaschen 53 gehalten; zur Sicherung kann
in vorgesehene Hohlräume 57 einer
jeden Aufnahmetasche 53 Klebstoff eingebracht werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 13 sind die Aufnahmetaschen 53 sowohl
radial nach innen als auch radial nach außen offen. Die Aufnahmetaschen 53 werden
durch einen magnetischen Rückschlussring 32 geschlossen,
wodurch ein verbesserter magnetischer Fluss erzielbar ist. Der Rückschlussring 32 führt auch
zu einer Halterung der Einzelmagnete aufgrund der magnetischen Kräfte; zweckmäßig sind
auch hier die Einzelmagnete in ihren Aufnahmetaschen 53 vergossen,
verklebt oder in anderer Weise gehalten.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 14 sind die Aufnahmetaschen 53 mit Übermaß ausgebildet; zum
Klemmen der Dauermagnete 31 in den Aufnahmetaschen 53 werden
seitlich Kunststoffstreifen 58 eingeschoben. Die Streifen 58 können auch
aus einem anderen geeigneten Material als Kunststoff vorgesehen
sein. Ansonsten entspricht der Aufbau nach 14 dem
nach 12.
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Das
in den 15 bis 18 dargestellte Ausführungsbeispiel
eines Stators 40 für
einen Klauenpolgenerator ist vom Prinzip her gleich aufgebaut wie
der Stator nach den 3 bis 5. Zur Befestigung
des Stators 40 sind jedoch abweichend vom Stator 40 nach
den 3 bis 5 Befestigungslaschen 46 an
den Spulenkörper 22 angeformt.
Die Befestigungslaschen 46 erstrecken sich vom Spulenkörper 22 radial
und insbesondere auch axial nach außen über den äußeren Umfang 47 des
Stators 40 hinaus. Dabei sind die Statorbleche 41 derart
ausgebildet, dass die Befestigungslaschen 46 durch eine Aussparung 48 im
zugeordneten Statorblech 41 ragen.
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Eine
vorzugsweise einteilige Anbindung der Laschen 46 am Spulenkörper 20 ist
im Schnitt nach 18 gut zu erkennen.
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Das
Ausführungsbeispiel
nach den 19 bis 22 entspricht
im Grundaufbau dem Stator 40 entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach den 15 bis 18. In
Abweichung wird das Statorjoch nicht nur aus zwei ineinandergreifenden
Statorblechen 41 gebildet, sondern aus insgesamt sechs Statorblechen 41a, 41b und 41c.
Dabei setzt sich ein Pol 42 aus drei Klauen 42a, 42b und 42c zusammen, welche
nebeneinander und übereinander
liegen. Dieser geblechte Aufbau reduziert die Wirbelströme im Statorjoch
und führt
so zu einer geringeren Verlustwärme.
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Aufgrund
der geblechten Ausführung
wird der Spulenkörper 20 schmaler
ausgebildet, damit der axiale Bauraum etwa dem entspricht, wie er
bei einem zweiblechigen Stator gemäß den 16 bis 18 gegeben
ist.
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Auch
das Ausführungsbeispiel
nach den 23 bis 26 entspricht
im Grundaufbau dem Stator 40 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach
den 15 bis 18. In
Abweichung wird das Statorjoch geblecht ausgeführt und besteht aus vier ineinandergreifenden
Statorblechen 41a und 41b. Dabei setzt sich ein
Pol 42 jeweils aus zwei Klauen 42a und 42b zusammen,
welche übereinander
liegen. Dieser geblechte Aufbau reduziert die Wirbelströme im Statorjoch
und führt
so zu einer geringeren Verlustwärme.
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Zur
Befestigung des Stators 40 sind äußere, radial vorstehende Befestigungslaschen 46 vorgesehen,
die jeweils eine Befestigungsöffnung
zur Aufnahme einer Befestigungsschraube aufweisen. Die Befestigungslaschen 46 liegen
in einer gemeinsamen Ebene, die etwa parallel zur Kurbelgehäusewand
liegt. So kann der Stator 40 einfach axial angeschraubt
werden.
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Um
dem Wechselspannungssignal die Drehrichtung des Generators 16 ohne
großen
Aufwand entnehmen zu können,
werden die Klauen 42 asymmetrisch zur Drehrichtung ausgebildet. 27 zeigt die
in Draufsicht auf eine Klaue 42 asymmetrische Form der
Klaue, wodurch dem induzierten Wechselspannungssignal S eine bestimmte
Form aufgeprägt wird.
Diese Form des Signals ist in 28 dargestellt.
Die schwach ansteigende Flanke 42.10 ist durch die Schräge 42.1 der
Klaue 42 bedingt, während
die steiler abfallende Flanke 42.20 durch die steile Kante 42.2 der
Klaue 42 bedingt ist. In der einen Drehrichtung beginnt
die Halbwelle somit immer mit einer flach ansteigenden Flanke 42.10;
wird die Drehrichtung umgekehrt, würde eine Halbwelle mit der
steilen Flanke 42.20 beginnen. Der Anstieg der Halbwelle
lässt somit
ein Erkennen der Drehrichtung zu.
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In 29 ist
ein alternativer Magnetring gezeigt. Dauermagnete 31 werden
derart in nebeneinander liegende Schlitze 31.1 eines magnetisch
leitenden, insbesondere gestanzten Blechrings 30.1 geklemmt,
dass sich gleiche Pole N, S in Umfangsrichtung jeweils einander
gegenüberliegen.
Dadurch bildet sich zwischen zwei Schlitzen 31.1 am Innenumfang
des Blechrings 30.1 ein entsprechender Magnetpol N bzw.
S aus. Der Innendurchmesser des Magnetrings 30 kann so
durch ein Fertigungswerkzeug einfach festgelegt werden und man erhält ein hohes
Massenträgheitsmoment
des Magnetrings 30.
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Um
einen Stator 40 mit Befestigungslaschen 46 sicher
am Kurbelgehäuse 3 festlegen
zu können, ist
eine Befestigungsplatte 60 gemäß 30 zweckmäßig. Die
Befestigungsplatte 60 kann in der Wand des Kurbelgehäuses 3 integriert
sein bzw. es können in
der Wand des Kurbelgehäuses 3 entsprechend Befestigungsdome 61 ausgebildet
sein. Die Anlagefläche 67 der
Befestigungsdome 61 ist der Winkellage der Befestigungslaschen 46 angepasst
ausgebildet. Die Abwicklung der Befestigungslaschen 46 gewährleistet
ein tiefes Eintauchen des Stators 40 in den Rotor 52,
ohne dass die Befestigungslaschen 46 mit dem Rand 59 des
Rotors 52 kollidieren. Zur Zentrierung des Stators ist
ein zylindrischer Ansatz 62 ausgebildet, auf den der Stator
aufgeschoben wird.
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Die 31 und 32 geben
eine alternative Ausführungsform
einer Statorbefestigung wieder. 31 zeigt
im Schnitt einen Zylinderansatz 62, der an einer Befestigungsplatte 63 oder
auch einteilig unmittelbar an der Wand eines Kurbelgehäuses 3 angeformt
sein kann. Der Außendurchmesser
Da des Zylinderansatzes 62 ist dem Innendurchmesser di (21) des
Stators 40 angepasst, so dass der Stator 40 im
Wesentlichen radial spielfrei auf dem zylindrischen Ansatz 62 aufgenommen
ist.
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Als
Verschlusselement ist eine Clipsmutter 64 gemäß 32 vorgesehen,
die mit ihren Clipszungen 65 in den Zylinderansatz 62 eingreift
und dort verrastet. Die Clipsmutter 64 sichert somit einen
auf den Zylinderansatz 62 aufgesetzten Stator axial. Zweckmäßig ist
zur drehfesten Halterung ein Anschlag in Umfangsrichtung vorgesehen.
Allgemein ist es vorteilhaft, den Stator mit einer Rastverbindung wie
eine vorteilhafte Clipsbefestigung an einem Bauteil wie z. B. am
Kurbelgehäuse
festzulegen.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 33 wird der Stator 40 mit einer Vergussmasse
vergossen, insbesondere mit Kunststoff. Beim Vergießen werden am
Innenumfang Umfangskeile 49a ausgebildet, denen eine entsprechende
Keilgeometrie an einem Zylinderansatz 62a zugeordnet ist.
Der Stator 40 wird auf den Zylinderansatz 62a axial
aufgeschoben und dann gedreht, bis die Umfangskeile 49a klemmend mit
den Umfangskeilen 49b des Zylinderansatzes in Wirkverbindung
treten. Der Stator 40 ist durch insbesondere selbsthemmenden
Reibschluss auf dem Zylinderansatz 62a gehalten. Zur drehfesten
Sicherung wird zweckmäßig ein
Sicherungsstift 66 eingedreht, der mit seiner Spitze radial
in den Zylinderansatz 62a eindringt. Auf diese Weise ist
eine montagefreundliche Befestigung z. B. an der Wand des Kurbelgehäuses 3 möglich. Der
Zylinderansatz 62a ist vorteilhaft angegossen.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach den 34 bis 36 ist
der Stator 40 auf ein Statorjoch 70 reduziert,
welches sich in Umfangsrichtung über
einen n-ten Teil einer Kurbelwellenumdrehung erstreckt. Das Statorjoch 70 erstreckt
sich über
einen derartigen Umfangswinkel, dass zwei Magnete 31 des
Magnetrings 30 einen magnetischen Fluss im Statorjoch 70 bewirken
können.
Da der Magnetring 30 zwölf
in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnete Dauermagnete 31 aufweist,
ist der Abstand zwischen benachbarten Dauermagneten 31 30° KW; es ist
also ausreichend, wenn das Statorjoch sich in Umfangsrichtung über mindestens
30° KW erstreckt.
Der Spulenkörper
wird von dem Statorjoch 70 durchragt, wie die 35 und 36 zeigen.
Aus 36 wird darüber
hinaus deutlich, dass das Statorjoch 70 geblecht aufgebaut
ist, also aus einzelnen Statorblechen 71 besteht. Der Spulenkörper 72 umgreift
die Statorbleche und nimmt eine Induktionsspule auf, in der bei
rotierendem Magnetring 30 aufgrund des wechselnden magnetischen
Flusses eine Spannung induziert wird, die dem idealisierten Wechselspannungssignal
S in 9 entspricht.
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Neben
dem konstruktiven Aufbau des Stators und des Rotors ist eine mechanisch
belastbare, sichere elektrische Verbindung der Signalleitung zum Abführen des
Wechselspannungssignals S von der Induktionsspule notwendig. Im
Ausführungsbeispiel nach
den 37 bis 39 ist
im Spulenkörper 20 eine
Aufnahme 80 für
einen metallischen Hohlniet 81 vorgesehen. Der Draht des
Spulenendes 82 wird abisoliert und unter den Hohlniet 81 gelegt
und dieser im Spulenkörper
fest vernietet. Dadurch wird eine elektrische Verbindung zwischen
dem Draht der Spule und dem elektrisch leitenden Hohlniet 81 hergestellt,
der seinerseits in dem elektrisch isolierenden Spulenkörper 20 gehalten
ist. Der Spulenkörper 20 besteht
zweckmäßig aus
Kunststoff.
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Nach
Anordnung der Statorbleche 41, von denen eines eine entsprechende
Aussparung 83 um den Bereich des Hohlniets 81 aufweist,
wird eine elektrische Signalleitung 17 durch den Hohlniet 81 gefädelt. Die
Signalleitung 17 hat am entfernten Ende einen elektrisch
leitenden Stopfen 84, der mit der Leitung 17 verbunden
ist und in dem Hohlniet 81 zu liegen kommt (39).
Der Stopfen 84 in dem Hohlniet 81 stellt die elektrisch
leitende Verbindung des Spulenendes 82 mit der Signalleitung 17 nach
dem Prinzip eines Steckers her.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach den 40 und 41 ist
im Rand des Spulenkörpers 20 ein elektrisches
Verbindungsteil 85 im Material des Spulenkörpers 20 gehalten,
zweckmäßig in Umfangsrichtung
zwischen zwei Klauen eines Statorbleches. Das Ver bindungsteil 85 ist
vorteilhaft als Quetschverbinder 86 vorgesehen, in den
einerseits das Ende 82 der Spule und andererseits das Ende 17a der
Signalleitung 17 eingelegt wird. Sind die beiden blanken
Drahtenden eingelegt, wird – wie 41 zeigt – der Quetschverbinder 86 verquetscht,
so dass eine mechanisch feste, elektrisch leitende Verbindung zwischen
dem Ende 82 der Spule und der Signalleitung 17 hergestellt
ist.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach den 42 bis 44 wird
zum Verbinden der Spule 22 mit der Signalleitung 17 eine
Art Wire-Wrap-Technik verwendet. Das Ende 82 der Spule 22 wird
auf einen Dorn 87 aufgewickelt, der im Spulenkörper 20 gehalten
ist und sich axial von dessen Stirnseite erstreckt. Der Dorn 87 kann
einteilig mit dem Spulenkörper 20 ausgebildet
sein. Dem Dorn 87 ist eine Steckbuchse 88 zugeordnet,
die elektrisch leitend an einem Ende 17a der Signalleitung 17 befestigt
ist. Die Steckbuchse 88 wird auf den Dorn 87 aufgesetzt
(43), wobei die Steckkontakte 89 das Ende 82 des
Spulendrahtes elektrisch leitend kontaktieren.
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Die
auf den Dorn 87 aufgesetzte Steckbuchse 88 liegt
mit seitlichen Sicherungslaschen 90 in entsprechenden Aufnahmen 20a und 20b des
Spulenkörpers 20,
die sich in Umfangsrichtung rechts und links neben dem Dorn 87 erstrecken.
Werden die Statorbleche 41 aufgesetzt, übergreifen die Klauenabschnitte
die Laschen 90 in den Aufnahmen 20a und 20b,
so dass die Steckbuchse 88 formschlüssig am Stator 40 gesichert
ist.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 45 ist der Wechselstromgenerator 16 als
Sterngenerator aufgebaut, also als Generator 16 mit radial
sternförmig ausgerichtet
liegenden Polen 42. Der Spulenkörper 20 des Stators 40 besteht
aus einem Paket aus Einzelblechen 41a, wobei die Einzelbleche 41a axial
aufeinander gestapelt sind. Das Blechpaket weist einzelne, pfostenartige
Spulenträger
auf, die sich von radial innen bis zu einem Außenumfang 21 erstrecken. Die
Pfosten bilden Pole 42a und dienen als Träger von
Induktionsspulen 22, von denen zumindest eine auf jeweils
einem pfostenartigen Pol 42a angeordnet ist. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel
sind insgesamt 12 Pfosten vorgesehen, die in Umfangsrichtung mit gleichem
Abstand U von vorzugsweise 30° zueinander
beabstandet liegen.
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Zur
Befestigung des Stators 40 sind in zwei einander etwa gegenüberliegenden
Pfosten durchgehende, axiale Befestigungsöffnungen 23 vorgesehen,
die die Bleche 41a durchsetzen und die der Aufnahme von
Befestigungsschrauben dienen, mit denen der Stator 40 – z. B.
am Kurbelgehäuse – drehfest
festgelegt ist. Die Pfosten mit den Befestigungsöffnungen 23 sind ohne
Spule ausgebildet.
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Der
Rotor 40 wird vorteilhaft vergossen, wozu am Fuß der pfostenartigen
Pole 42a eine zylindrische Bodenplatte 36 aufgesetzt
ist, die axial über die
Stirnseiten des Blechpaketes vorsteht. Entsprechend tragen die Pfosten
an ihren freien Enden Abschlussplatten 37, deren axiale
Länge der
axialen Höhe
der Bodenplatte 36 entspricht. Der Raum zwischen der Bodenplatte 36 und
den Abschlussplatten 37 wird mit Gießharz oder dgl. gefüllt. Dadurch
werden die Spulen auf den einzelnen pfostenartigen Polen 42a fixiert
und gegen mechanische Beschädigungen
gesichert.
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Die
Pfosten mit den Befestigungsöffnungen 23 sind
derart gewählt,
dass in Umfangsrichtung auf der einen Seite zwischen ihnen vier
Pole 42a und auf der anderen Seite sechs Pole 42a liegen.
Das Summensignal der miteinander verschalteten Spulen 22 entspricht
dem Wechselsignal S, wie es in 9 dargestellt
ist.
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Der
Rotor 52 ist – wie
in den vorherigen Ausführungsbeispielen – von einem
Radkörper 50 gebildet,
der im Ausführungs beispiel
das Gebläserad 51 eines
Verbrennungsmotors bildet. Auf der dem Stator 40 zugewandten
Seite ist ein Aufnahmetopf 55 ausgebildet, wie er in den 11 bis 14 dargestellt ist.
In den Aufnahmetopf ist ein Magnetring 30 eingesetzt, der
in Umfangsrichtung in gleichen Abständen W abwechselnd als Nordpol
N bzw. als Südpol
S magnetisiert ist. Auf diese Weise werden über den Umfang zwölf Dauermagnete 31a ausgebildet.
Zur drehrichtigen Lage des Magnetrings 30 im Aufnahmetopf des
Rotors 52 sind stirnseitige Rastnuten 39 vorgesehen. Über diese
Rastnuten 39 ist die Lage des Magnetrings 30 relativ
zur Lage der Kurbelwelle bestimmt.
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Im
montierten Zustand liegt der einteilige Magnetring 30 mit
seinem Innenumfang mit geringem Abstand über dem Außenumfang 21 des Stators 40; der
Stator 40 liegt vollständig
im Magnetring 30. Dreht sich der Rotor 52, führt die
wechselnde Magnetisierung des Magnetrings 30 zu einem Wechselfluss in
den Polen 42a, wodurch ein Wechselspannungssignal S induziert
wird, wie es in 9 dargestellt ist.