DE2361095A1 - Einrichtung zur erzeugung eines elektrischen wechselsignals - Google Patents

Einrichtung zur erzeugung eines elektrischen wechselsignals

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Description

Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Weehselsignals, dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit einer drehenden Welle ist, insbesondere zur Verwendung für den Verteiler eines unterbrecherlosen Ztind* systems von mehrzylindrigen Verbreniiungskraftmasehinen.
Die meisten bis heute benutzten Zündsysteme für mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschinen haben einen Verteiler, bei dem zur Erzeugung der Zündfunken Unterbrecherkontakte vorgesehen sind. Solche ynterbrecherkontakte wurden dagegen nicht in den neueren elektronischen Zündsystemeri benötigt, weiche aber andererseits mit einer Einrichtung der vorgenannten Art ausgerüstet sein müssen, um damit die Zeiten oder Augenblicke
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kenntlich zu machen, in welchen in den einzelnen Brennkammern der Maschine der jeweilige Zündfunke erzeugt werden soll. Die fragliche Welle leitet dabei ihren Antrieb von der betreffenden Verbrennungskraftmaschine ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Vergleich zu den bisher entwickelten Wechselsignal-Erzeugern einfachere und weniger störanfällige Einrichtung der eingangsgenannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine die besagte Welle umgebende, ortsfest gehaltene Lagerbuchse für die Nabe einer Statorgruppe, die weiterhin eine an dieser Nabe befestigte, quer zu deren Drehachse ausgerichtete Statorplatte umfaßt, an welcher ein für die Erzeugung eines quer zu dieser Platte ausgerichteten Magnetfeldes polarisierter Dauermagnet, ein mit einem Polstück versehener Stator und eine an diesem Polstück angeordnete Statorspule befestigt sind, wobei mit der Welle auch ein Läufer oder Anker drehfest verbunden ist, der wenigstens einen radialen Polzahn aufweist, welcher zur Erzeugung eines Wechselsignals an den beiden Anschlußdrähten der Statorspule periodisch an dem Polstück des Stators vorbeibewegt wird.
Sofern diese Einrichtung für den Verteiler eines unterbrecherlosen Zündsystems von mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen ausgebildet wird, sollte der besagte Läufer oder Anker zweckmäßig eine der Zylinderzahl entsprechende Zahl ν on Polzähnen haben, so daß dabei dann jeder Polzahn ein solches elektrisches Wechselsignal erzeugt, das dann in dem angeschlossenen Zündsystem die Erzeugung eines Zündfunkens in dem betreffenden Zylinder auslöst. .
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Ansprüchen erfaßt.
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Eine augenblicklich bevorzugte Ausführungsform ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt .
Fig. 1 einen Längsschnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2 durch einen Zündverteiler für eine mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschine, wobei an dem oberen Ende der Zündwelle die erfindungsgemäße Einrichtung, zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals angeordnet ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zündverteiler gern,, Fig. 1, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie j5-3 in Fig. 1,
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf die Statorgruppe der in FIg0 1 gezeigten Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Wechselsignale, .
Fig. 5 in gleichem Maßstab eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Statorgruppe gem. Fig. 4,
Fig. 6 in gleichem Maßstab eine Perspektivansicht der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Statorgruppe und
Fig. 7 in einer schaubildlichen Darstellung die Wellenform des mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugten Wechselsignals.
Der in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Zündverteiler hat ein Gehäuse 12, in welchem ein Zylinderlager 14. zur drehbaren Lagerung einer Welle 16, 18 angeordnet ist. Diese Welle hat zwei unterschiedliche Durchmesserbereiche, die jeweils mit spiralförmigen Schmiernuten versehen sind„Am unteren Ende des im Durchmesser größeren Wellenteils 16 ist ein Antriebsritzel 20 angeordnet, das mit einem von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Zahnrad im Zahneingriff steht. Am oberen Ende des im Durchmesser kleineren Wellenteils 18 ist eine Hülse 22 aus ferromagnetischem Material angeordnet, die an der Welle durch einen Drahtring 24 gehalten wird. Die Hülse 22: ist um die Wellenachse drehbar, wobei zur Steuerung dieser Relativdrehuhg ein üblicher, in seiner Gesamtheit mit 26 bezeichneter Zentri-
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fugalmechanisraus vorgesehen ist.
Der Zentrifugalmechanismus 26 besteht aus einer Platte 28, die mit der Welle 16, 18 drehfest verbunden ist-. Eine weitere Platte 30 ist an der Hülse 22 befestigt. Die Platten 28, 30 sind mittels zweier Federn J>2 und J>K miteinander gekoppelt. Damit die Platte 30 und die Hülse 22 um die Platte 26 und die Welle 16, 18 drehen können, sind zwei Gewichte 36 und 38 vorgesehen, die an der Platte 28 schwenkbar angeordnet sind und eine Kraft erzeugen, welche der Kraft der Federn 32, 3^ entgegengerichtet ist. Dadurch sind die Platte 30 und die Hülse 22 versucht, sich relativ zu der Welle 16, 18 zu drehen. Die Größe dieser Kraft ist dabei selbstverständlich proportional der Winkelgeschwindigkeit der Welle 16, 18, und sobald es zu der besagten Relativdrehung zwischen der Hülse 22 und der Welle 16, 18 kommt, wird dadurch in bekannter Weise der. Zündzeitpunkt vorgestellt. Zum vereinfachenden Verständnis der vorliegenden Erfindung kann davon ausgegangen werden, daß die Hülse 22 mit der Welle l6, l8 drehfest verbunden ist»
Der Zündverteiler 10 ist ohne die übliche Kappe und den üblichen Hochspannungs-Verteilerrotor gezeigt. Diese beiden Teile vervollständigen natürlich die Konstruktion dieses Verteilers, wobei die Kappe die übliche Vielzahl elektrischer Kontakte hat, an welche die zu den Zündkerzen der mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine führenden Hochspannungskabel angeschlossen sind. Der Hochspannungs-Verteilerrotor wäre an der Hülse 22 befestigt und würde die Hochspannung von der üblichen" Zündspule abnehmen, um sie an die einzelnen, zu den Zündkerzen führenden Kabel zu verteilen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsigrials, dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit der drehenden Welle 16, I9 ist, ist in ihrer Gesamtheit mit 40 bezeichnet. Die besagte Frequenz ist dabei gleich der Drehzahl der Welle 16, I9 in Umdrehungen je Sekunde ,
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multipliziert mit der Zylinderzahl der Verbrennungskraftmaschine. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel ist für eine Maschine mit acht Zylindern vorgesehen.
Die Einrichtung 40 besteht aus einem mittels eines Walzenzapfens 46 mit der Hülse 22 drehfest verbundenen Läufer oder Anker 42 und aus einer in ihrer Gesamtheit mit 44 bezeichneten Statorgruppe. Der Läufer oder Anker 42 wird mittels eines Drahtringes 48 an der Hülse 22 gehalten. Er ist aus einem gesinterten Material hoher Permeabilität gefertigt und hat insgesamt acht radial ausgerichtete Polzähne 50, deren Zahl damit gleich äer Zylinderzahl der Maschine ist. Die radiale Länge dieser Polzähne 50 sollte Vorzugsweise etwa das 5- bis 15-fache der Abmessung eines Luftspaltes 51 sein, welcher zwischen diesem Läufer oder Anker 42 und einem Polstück 86 der Statorgruppe 44 geschaffen ist, um damit ein Signal der erwünschten Größenordnung zu erhalten. Der besagte Luftspalt 5I sollte zum gleichen Zweck eine Größe zwischen 1,5748 mm (0,062") und. 0,5842 mm (0,023") haben, wobei das Mittel zwischen diesen beiden Grenzwerten zu bevorzugea ist. Hinsichtlich dieser Größenordnung , des zwischen den Polzühnen 50 und des PolstUckes 86 geschaffenen Luftspaltes 5I sollte an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß in ähnlichen Einrichtungen nach dem Stand der Technik in der Regel ein Luftspalt zwischen 1,524 mm (0,006") und 0,254 mm (0,001M) geschaffen ist, wobei dort eine "Einstellung dieses Luftspaltes vorgenommen werden muß.
Die Statorgruppe 44 wird mittels einer unteren Platte 52 ortsfest gehalten. Diese untere Platte 52 hat eine zentrale öffnung, in welcher eine"aus ferr©magnetischem Material bestehende Lagerbuchse 54 angeordnet ist. Der Wellenteil 18 kann sich in dieser Lagerbuchse 54 frei drehen. Die Platte 52 ist mittels Schrauben 56 an dem Gehäuse 12 befestigt, Die Lagerbuchse 54 erhebt sich mit einer Teillänge über die Platte 52 und ist aussen mit Sohmiernuten 53 versehen, die eine Schmierung der durch öiese.Lagerbuchse gelagerten Nabe 58 der Statorgruppe 44 ergeben.
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Die Statornabe 58 ist mittels eines Drahtringes 60 an der Lagerbuchse 54 gehalten. Auch sie besteht aus ferromagnetischem Material und kann relativ zu der Lagerbuchse 54 gedreht werden. Die Statorgruppe 44 umfaßt weiterhineine unregelmäßig geformte, ebenfals aus ferromagnetischem Material bestehende Platte 62, die parallel zu der Platte 52 angeordnet ist, einen Dauermagneten 64, einen Stator 66 und eine Abnehmerspule 68. Die obere Platte 62 ist mittels einzelner Verankerungen 70 an der Nabe 58 befestigt. Ein parallel zu der Wellenachse ausgerichteter Stift 72, der an der Platte 62 befestigt ist, ist über ein Gestänge 74 mit einem Vakuummotor 76 verbunden, der zusätzlich zu dem vorerwähnten Zentrifugalmechanismus 26 vorgesehen sein kann, um eine Zündverzögerung bzw. eine Vorzündung zu steuern. Sofern dieser Motor 76 betätigt wird, wird folglich die Platte 62 und damit die Nabe 58 sowie alle restlichen Teile der Statorgruppe 44 um die Lagerbuchse 54 in der einen oder anderen Richtung gedreht.
Der Dauermagnet 64 ist bogenförmig gestaltet und besteht vorzugsweise aus einem ferritischen Material, wie beispielsweise einem gesinterten, keramischen Strontium-Perrit. Er wird vorzugsweise erst nach dem Zusammenbau dieser Statorgruppe 44 und deren Befestigung an der Lagerbuchse 54 magnetisiert, wobei das magnetische Feld senkrecht durch die Platte 62 gehen sollte. Die obere Fläche 78 des Dauermagneten 64 stellt sich dann also als ein Südpol dar, während die mit der Platte 62 in Berührung gehaltene untere Fläche den Nordpol darstellt. Die Verbindungslinie zwischen diesen beiden Polen würde folglich senkrecht auf der durch die Platte 62 geschaffenen Ebene stehen. Der Dauermagnet 64 ist vorzugsweise für eine Induktion von etwa 56ΟΟ Gauss magnetisiert.
Der Stator 66 und der Dauermagnet 64 sind mittels Nieten 80, 82 unverstellbar an der Platte 62 befestigt. Um bei diesem Vernieten eine Beschädigung des Dauermagneten zu vermeiden, sollten die Nieten 80, 82 vorzugsweise mittels des bekannten
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Wirbelverfahrens angeordnet werden. Der Stator 66 sollte ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material bestehen, wobei ein gesintertes Eisenmaterial mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und einer hohen Permeabilität zu bevorzugen ist. Das.für diesen Stator verwendete Material hat vorzugsweise eine minimale Dichte von etwa 6,8 g/onr.
An dem ebenfalls gekrümmt ausgeführten Stator 66 ist das vorerwähnte Polstück 86 befestigt, welches einen rechteckigen Querschnitt aufweist und sich durch die Mitte der Spule 68 hindurch in einer bezüglich der Achse der Welle 16, 18 rajdialen Ausrichtung erstreckt. Die Polzähne 50 des Läufers oder Ankers 42 werden bei der Drehung der Welle 16,„ 18..an*diesem Polstück 86 vorbeibewegt, wobei besonders darauf hinzuweisen wäre, daß sich dabei die Größe des Luftspaltes 51 nicht ändert, weil die Drehachse der Statorgruppe 44 mit der Drehachse der Welle 16, 18 zusammenfällt»
Die Abnehmerspule 68 umgibt also das Polstück 86 und ist durch dieses gehalten. Sie hat vorzugsweise einen Widerstand von etwa βΟΟ bis 700 Ohm, wenn sie aus Kupferdraht der Dicke 39 (American Wire Gauge) mit etwa 4000 bis 4075 Wicklungen gewickelt ist. Die Spule sollte vorzugsweise in ein geeignetes Isoliermaterial eingekapselt sein, so daß nur ihre Anschlußdrähte 90, 92 frei liegen. An der Spule 68 ist im übrigen ein Haken -94 ausgebildet, an welchem eine Federklammer 96 angreift, welche die Spule und das Polstück 86 zusammenhält. Die Achse der Spule 68 ist im übrigen senkrecht zu der Achse der Welle 16, 18.
Die Anschlußdrähte 90, 92 der Abnehmerspule 68 sind durch eine isolierte Durchführung 98-durchgeführt, die vorzugsweise aus PVC hergestellt ist«, Die Anschlußdrähte führen zu einem Stekker 100, an welchen im übrigen ein Erdungsdraht 102 angeschlossen ist, der mit seinem anderen Ende mit einer der Schrauben 56 Verbindung hat. \"
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Sofern der Läufer oder Anker 42 in Fig. 2 im Uhrzeigergegensinn gedreht wird, ändert sich dabei der Magnetfluß, so daß er zur Erzeugung einer zeitveränderlichen Spannung an den Anschlußdrähten 90, 92 der Abnehmerspule 68 kommt. Diese Spannung oder elektromotorische Kraft errechnet sich nach der bekannten Gleichung
E= -N dfrf/dt
wobei E die an den Anschlußdrähten 90* 92 der Abnehmerspule 68 erzeugte elektromotorische Kraft ist, während N die Wicklungszahl der Spule und ärf/ät der sich in der Zeiteinheit verändernde magnetische Kraftfluß ist.
Der magnetische Kreis ist mit der gestrichelten Linie 104 in Fig. 6 angedeutet. Er erfaßt den Stator 66 und sein Polstück 86, den mit Polzähnen versehenen Läufer oder Anker 42 und die Welle 16, 18 sowie die obere Platte 62, die mit der unteren Fläche des Dauermagneten 64 in Berührung gehalten 1st. Ist einer der Polzähne 50 des Läufers oder Ankers 42 mit dem Polstück 86 des Stators 66 ausgerichtet, dann findet zu diesem Zeitpunkt, keine zeitliche Veränderung des magnetischen Kraftflusses statt, so daß die erzeugte Spannung null ist. In dem grafischen Schaubild gem. Fig. 7 entspricht dies der Zeit t«O. Sobald sich der betreffende Polzahn von dem Polstück 86 wegbewegt, wird eine Spannung an den Anschlußdrähten 90* 92 der Spule 68 erzeugt, wodurch es zu einer Änderung des magnetischen Kraftflusses kommt. Der magnetische Kraftfluß und damit die" erzeugte Spannung erreichen zu irgendeinem Zeitpunkt ein Maximum und fallen dann wieder auf null ab, und zwar zu einem Zeitpunkt t « T/2, zu welchem Zeitpunkt das Polstück 86 genau in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polzähnen 50 des Läufers oder Ankers 42 liegt. Bei der Weiterdrehung des Läufers oder Ankers 42 findet wiederum eine Änderung des magnetischen Kraftflusses statt, wobei jetat die erzeugte Spannung eine entgegengesetzte Polarität erhält. Auch diese (negative) Spannung erreicht ein Maximum und fällt dann wieder auf null ab, und zwar zu dem Zeitpunkt t « T, wann der nächste Polzahn 50 zu dem Polstüok 86 ausgerichtet wird. Es ist damit sichergestellt, daß mittels
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der vorbeschriebenen Anordnung ein Wechselsignal erzeugt dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit der drehenden Welle 16, 18 des Zündverteilers 10 ist.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    1.J Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals, dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit einer drehenden Welle ist, insbesondere zur Verwendung für den Verteiler eines unterbrecherlosen Zündsystems von mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen, g e k e η η zeichnet durch eine die Welle (16, 18) umgebende, ortsfest gehaltene Lagerbuchse (54) für die Nabe (58) einer Statorgruppe (44), die weiterhin eine an der Nabe befestigte, quer zu deren Drehachse ausgerichtete Statorplatte (62) umfaßt, an welcher ein für die Erzeugung eines quer zu dieser Platte ausgerichteten Magnetfeldes polarisierter Dauermagnet (64), ein mit einem Polstück (86) versehener Stator (66) und eine an diesem Polstück angeordnete Statorspule (68) befestigt sind, wobei mit der Welle (16, 18) auch ein Läufer oder Anker (42) drehfest verbunden ist, der wenigstens einen radialen Polzahn (50) aufweist, welcher zur Erzeugung eines Wechselsignals an den beiden Anschlußdrähten (90, 92) der Statorspule (68) periodisch an dem Polstück (86) des Stators vorbeibewegt wird,
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer oder Anker (42) eine mit der Zylinderzahl der Verbrennungskraftmaschiiie gleiche Anzahl von Polzähnen (50) aufweist.
    5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (42), die Lagerbuchse (54), die Statornäbe (58), die Statorplatte (62) und der Stator " (66) aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen und daß der Stator (66) und der Dauermagnet (64) unverstellbar an der Statorplatte (62) befestigt sind, bezüglich deren Drehachse das an dem Stator angeordnete und dabei sich durch die Statorspule (68) hindurch erstreckende Polstück (86) radial ausgerichtet ist.
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    4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis J>, dadurch ge kennzeichnet , daß zwischen dem bzw. jedem an dem Polstück (8,6) vorbeibewegten Polzahn. (50) des Läufers oder Ankers "(42) und dem Polstück ein Luftspalt (51)
    • zwischen 1,5748 mm (0,062!1) und 0,5842 mm-(0,025") geschaf- ■ fen ist. " '- ■ " ■
    5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Länge des einen bzw« aller Polzähne (50) des Läufers oder Ankers (42) etwa das 5- bis 15-fache der Abmessung des Luftspaltes (51) ist. *
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (54) außen
    - mit Schmiernuten (53) für die darauf gelagerte Statornabe (58) versehen ist.
    7. Einrichtung nach einem der Ansprüche J5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (42) an einer die Welle (16, 18) umgebenden Hülse (22) aus ferromagnetischem Werkstoff befestigt ist, deren Drehung um die Wellenachse durch einen ihrer Verbindung mit der Welle dienenden Zentrifugalmechanismus (26) steuerbar ist, wobei weiterhin mit der Statorplatte (62) verbundene Steuermittel (72, 74> 76) für die Drehung der.Statorgruppe (42) um die Lägerbuchse (58) vorgesehen sind.
    8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch g e kennze i chnet , daß der Dauermagnet (64) aus einem keramischen Ferritmaterial besteht.
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