DE2436095A1 - Zuendsystem mit kondensatorentladung - Google Patents
Zuendsystem mit kondensatorentladungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
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körner<L
BERLIN : DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER JX. JIi. XTLCiIjUlN O Ul AlN X , JlMU. MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEY
Berlin, den 24. Juli 1974 25 646
Zündsystem mit Kondensatorentladung
Die Erfindung betrifft Zündsysteme zur Verwendung bei Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung und insbesondere
ein verbessertes Zündsystem mit Kondensatorentladung.
Bisher sind verschiedene Arten von Zündsystemen zur Versorgung der Zündkerze oder der Zündkerzen eines Ottomotors
mit elektrischer Hochspannung zur Erzeugung des die Unterhaltung des Motorbetriebes notwendigen Zündfunkens
vorgeschlagen worden. Heute hat das Zündsystem mit Kondensatorentladung als allgemeine Art eines Zündsystems
eine relativ breite Anwendung gefunden, bei dem während Jedes Arbeitstaktes des Systems zuerst ein
Kondensator von einer Spannungsquelle aufgeladen und dann im richtigen Augenblick über die Primärwicklung eines
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Aufwärtszündtransformators zur Erzeugung einer Hochspannung
an der sekundären Transformatorwicklung entladen wird, die zum Zünden einer zugehörigen Zündkerze
verwendet wird. Beispiele von Zündsystemen mit Kondensatorentladung sind in den US-PS 3 4-65 739, 3 508 116,
3 534 722 und 3 619 634 beschrieben. Aus diesen Patentschriften
ist die Verwendung eines angesteuerten Gattelementes, beispielsweise eines gesteuerten Siliziumgleichrichters
, zur Steuerung der Entladung des Kondensators über den Transformator und zum Auslösen dieses
Gattelementes durch ein Auslösesignal bekannt, das in einer getrennten Auslösespule induziert wird.
Das Ziel der Erfindung ist es, den erforderlichen Raumbedarf
, die Komplexität und die Kosten der Zündsysteme mit Kondensatorentladung zu verringern sowie die Zuverlässigkeit
und andere Arbeitscharakteristiken zu verbessern. Dieses Ziel wird durch eine Anordnung erreicht,
bei der die Auslösespule sowie die Primär- und die Sekundärspulen des Zündtransformators alle
in einer einzigen Baueinheit enthalten sind, die vorher zusammengebaut wird und die leicht auf einen Pol
eines ferromagnetischen Kernes passt, der mit einem rotierenden Permanentmagneten zur Induzierung von
Auslösesignalspannungen in der Auslösespule zusammenarbeitet. Insbesondere besteht die vorerwähnte Baueinheit
zusätzlich zu den drei Spulen aus einem Kunststoffgehäuse, in dem die drei Spulen durch eine entsprechende Gußmasse
vergossen sind. Das Gehäuse hat einen mittleren Kamin oder einen rohrförmigen Abschnitt zur Aufnahme
des Poles, auf dem die Baueinheit angeordnet ist, und die drei Spulen umgeben diesen Kamin oder den rohrförmigen
Abschnitt. Die allgemeine Form und Größe der Baueinheit entspricht der von Transformatoreinheiten,
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die "bisher häufig in Magnetzündsystemen verwendet
wurden. Hierdurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Zündsystem im wesentlichen in den gleichen Umgebungen
wie die bisherigen Magnetzündsysteme zu verwenden, insbesondere in Fällen, in denen die Mehrzahl der Komponenten
des Zündsystems innerhalb des Randes eines Schwungrades angeordnet ist, das einen oder mehrere Permanentmagnete
oder Permanentmagnetbaugruppen trägt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zündsystem mit Kondensatorentladung
zur Zuführung von Hochspannung zum richtigen Zeitpunkt zu einer Zündkerze oder zu Zündkerzen
eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung. Das System hat einen Kondensator, Mittel zum Aufladen des Kondensators
und einen Aufwärtszündtransformator mit einer Sekundärwicklung, die mit der Zündkerze oder mit den
Zündkerzen des Motors verbunden ist. Es hat ebenfalls einen Kreis zum Entladen des Kondensators über die
Primärwicklung des Transformators und besitzt ein angesteuertes Gattelement, beispielsweise einen gesteuerten
Siliziumgleichrichter, der normalerweise zur Verhinderung der Entladung des Kondensators über die Primärwicklung
nichtleitend ist und der zum Entladen des Kondensators über die Primärwicklung durch ein seinem Auslöseanschluß
zugeführtes Auslösesignal in einen leitenden Zustand geschaltet wird. Ein Auslösesignal zum Schalten des Gattelementes wird durch eine Auslösespule erzeugt, die
mit einem synchron mit dem Motorbetrieb umlaufenden Permanentmagneten zusammenarbeitet. Die Auslösespule
ist auf einem Kern aus ferromagnetische!!! Material angebracht, der angrenzend an den Weg des Magneten angeordnet
ist und zur Aufnahme der Auslösespule einen Pol besitzt, durch den ein Impuls eines Magnetflusses von
dem Magneten jedesmal hindurch geht, wenn der Magnet
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bei seinem Umlauf an dem Pol vorbeigeführt wird. Auf dem vorgenannten Pol wird zusammen mit der Auslösespule
auch die Primärspule und die Sekundärspule des Transformators angebracht und vorzugsweise befinden
sich alle drei Spulen zur Bildung einer einzigen, bei der Montage des Systems leicht auf den Pol aufschiebbaren
Baugruppe' in einem gemeinsamen Gehäuse. Der umlaufende Magnet kann ein Teil einer Magnetbaugruppe sein,
die von dem Rand eines einen Teil des Motors bildenden Schwungrades aufgenommen ist,und der ferromagnetische
Kern kann ein Teil eines innerhalb dieses Schwungradrandes angeordneter Stators sein. Der Magnet kann auch
zur Spannungserzeugung in einer anderen Generatorspule
zum Aufladen des Kondensators verwendet werden. Diese Generatorspule kann als eine zusätzliche Baugruppe ausgebildet
sein, die auf einem anderen Pol aufgenommen ist, und dieser andere Pol kann entweder ein Teil eines anderen
ferromagnetischen Kerns sein, der von dem die erste Baugruppe tragenden ferromagnetischen Kern getrennt ist
oder der ein Teil des die erste Baugruppe tragenden Kernes ist.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar sind:
JPig.1 eine Seitenansicht, die Teile des erfindungsgemäßen
Zündsystems mit Kondenstatorentladung zeigt, wobei ein Teil des Randes des Schwungrades
zur Darstellung der Permanentmagnetbaugruppe weggebrochen ist,
Fig.2 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Zündsystems
mit Kondensatorentladung, wobei Teile der Pig.1 verwendet sind und
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Pig.3 ein Schnitt durch die Baugruppe mit der Auslösespule
und dem Transformator der Pig.1.
Die in Pig.1 gezeigten Hauptteile des erfindungsgemäßen
Zündsystems mit Kondensatorentladung sind ein Stator 10
und ein Rotor 12. Der Stator 10 kann an den Motorblock oder an einem anderen stationären Teil eine zugehörigen
Motors angebracht werden und er hat zur Aufnahme einer Welle, üblicherweise der Kurbelwelle,oder zur Aufnahme
eines Motors, der sich synchron mit dem Motor im Betrieb dreht,eine Öffnung 14. Der Rotor 12 kann
auf der durch die Statoröffnung 14 hindurchgehenden Welle befestigt sein, und in dem dargestellten Pail
besteht der Rotor aus einem Schwungrad mit einem ringförmigen, den Stator 10 umgebenden Rand 16. Ein Stegabschnitt
18 erstreckt sich von einem mittleren oder Nabenabschnitt 20 zu dem Rand 16 und zusammen mit dem
Rand bildet der Stegabschnitt einen Raum zur Aufnahme des Stators. Bei der Darstellung der Pig.1 ist der
Blick von dem Motor weggerichtet,und der Stegabschnitt
18 des Schwungrades liegt hinter dem Stator 10.
Der Rotor oder das Schwungrad 12 dient als Schwungrad für den zugehörigen Motor und er trägt zusätzlich
in seinem Rand 16 eine einen Teil des Zündsystems bildende Permanentmagnetbaugruppe 22. Diese Baugruppe
hat einen Permanentmagneten 24 mit Magnetpolen von entgegengesetzter Polarität an ihren in Umfangsrichtung
des Randes voneinander· weg zeigenden Enden. Weiterhin hat die Permanentmagnetbaugruppe zwei Polstücke 26,26 aus
ferromagnetischem Material, beispielsweise aus lameliiertem Eisen, wobei jedes Polstück mit einem Ende des Permanentmagneten
24 in Eingriff steht und eine sich in Umfangsrichtung
erstreckende Polfläche 28· auf der Innenfläche des Randes 16 bildet.
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Der Stator 10 hat eine Montageplatte 30 und zwei auf
der Montageplatte befestigte ferromagnetische Kerne 32 und 34·. Die beiden Kerne 32 und 34- sind im allgemeinen
einander gleich ausgebildet und sie sind vorzugsweise aus lameliiertem Eisen hergestellt. Der Kern
32 hat drei sich in radialer Richtung erstreckende und in einem Winkel voneinander im Abstand befindliche Pole
36, 38 und 4-0. In gleicher Weise hat der Kern 34- drei
sich in radialer Sichtung erstreckende und in einem Winkel voneinander im Abstand befindliche Pole 4-2, 44· und
46. Jeder der Pole 36, 38, 4-0, 4-2, 44- und 4-6 hat an seinem
äußeren Ende eine in radialer Richtung nach außen gerichtete Fläche für eine Zusammenarbeit mit den Polflächen
28,28 der Permanentmagnetbaugruppe 22. Wie dies sich für den Fachmann ergibt, ist die Anordnung und der Abstand
der drei Pole jedes Kerns und der Abstand der Permanentmagnetpolflächen 28,28 so gewählt, daß ein Impuls oder
Magnetfluß von dem Magneten durch den Mittelpol 38 oder
4-4- des Kerns geht, wenn die Permanentmagnetbaugruppe 22
an jedem Kern vorbeigeht. Das bedeutet, daß bei einem "Vorbeigehen der Permanentmagnetbaugruppe an einem Kern der
magnetische Fluß, der durch den Mittelpol 38 oder 44 des
Kerns geht, zuerst sich von 0 relativ allmählich auf einer Seite der Nullachse aufbaut, dann sehr plötzlich auf die
entgegengesetzte Seite der Nullachse wechselt und dann allmählich zu 0 zurückkehrt. Auf dem Mittelpol 38 des Kerns
32 ist eine Baugruppe 4-8 mit einer Generatorspule und Komponenten
angebracht. Auf dem Mittelpol 44 des Kerns 34-ist eine Baugruppe 50 mit einer Auslösespule und einem
Transformator montiert.
Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig.2 ergibt,
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ist der in Fig.1 dargestellte Mechanismus eine kompakte Einheit, die im wesentlichen das gesamte Zündsystem
für den zugehörigen Motor enthält. Die einzigen erforderlichen Verbindlangen zur Vervollständigung des Zündsystems
sind zwei Leitungen 52 und 5^-. Die Leitung 52
dient zur Verbindung mit einem in Fig.2 gezeigten Schalter 53 zum Ausschalten,und die Leitung 54· ist eine
Hochspannungsleitung zum Anschluß an eine in Fig.2 gezeigte Zündkerze 82 des Motors.■Zusätzlich zu den beiden
Leitungen 52 und 54- kat jede Baugruppe 4-8 und 50 drei
Leitungen 56> 58 und 60, die mit entsprechenden Leitungen
der gegenüberliegenden Baugruppe verbunden sind.
In Fig.2 sind die Komponenten eines Zündsystems, wie
sie in der in Fig.1 gezeigten Einheit verwendet sind, in schematischer Form dargestellt. Die Baugruppe 48
hat eine den Pol 38 der Fig.1 umgebende Generatorwicklung
62, einen Kondensator 64, einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 66, Widerstände 68 und 70 sowie Dioden
72 und 7^-· Diese Komponenten sind vorzugsweise in einem
gemeinsamen Kunststoffgehäuse untergebracht und in diesem Gehäuse durch eine Vergußmasse vergossen. Das
Gehäuse kann im allgemeinen dem Gehäuse gleich sein, das für die Baugruppe 50 verwendet wird und das in
Fig.3 dargestellt und im einzelnen später beschrieben
ist.
Die elektrische Verbindung der Komponenten der Baugruppe 48 erfolgt so, wie dies beispielsweise in Fig.2
gezeigt ist. Insbesondere ist der Kondensator 64 parallel zu der Generatorwicklung 62 geschaltet, wobei er mit der
Diode 72 und 74 zusammenarbeitet. Die Diode 72, die
parallel zu der Generatorwicklung 62 geschaltet ist, stellt sicher, daß nur die positiven Anteile der in
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— σ —
der Wicklung induzierten Spannungswelle zu dem Kondensator
geleitet werden. Die in Beihe mit der Generatorwicklung geschaltete Diode 74 verhindert die Entladung
des Kondensators zu der Generatorwicklung hin während des negativen Anteils jeder in der Generatorwicklung
induzierten Welle..
Der Widerstand 68 ist an das Gatt oder den Auslöseanschluß des gesteuerten Siliziumgleichrichters 66 angeschlossen
und er dient zur Strombegrenzung durch den Aus löse ans chluß. I1Ur den Normalbetrieb des Zündsystems
hat der Widerstand 70 keine Bedeutung und er könnte nach Wunsch entfallen. Der Anschluß des Widerstandes
ist jedoch eine Sicherheitsmaßnahme zur Verhinderung eines unbeabsichtigten Startens des Motors nach seinem
Abschalten. Das bedeutet, daß der Widerstand 70 einen
relativ hohen Wert hat, der nach dem Abschalten die Ladung des Kondensators 64 langsam ableitet, falls der Kondensator
beim Abschalten in geladenem Zustand verblieben ist. Daher kann der Motor nicht,erneut gestartet werden,
bis das Schwungrad ausreichend gedreht worden ist, damit der Permanentmagnet sowohl an der Generatorspule
als auch an der Auslösespule und der Transformatorspule vorbeibewegt worden ist. Es sei beispielsweise angenommen,
daß der fragliche Motor in einem Rasenmäher verwendet wird und daß nach dem Abschalten des Motors
die Bedienungskraft bei der Untersuchung des Schneidmessers das Schneidmesser geringfügig bewegt und dadurch
geringfügig den Motor durchdreht und sein Schwungrad etwas dreht. Falls diese Bewegung dann erfolgt, wenn
sich die Permanentmagnetbaugruppe in der Nachbarschaft der Auslösespule befindet, kann ein Auslösesignal erzeugt
werden, das den Motor anwirft.und für die Bedienungskraft
eine gefährliche Situation erzeugt, falls
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der Kondensator zu dem Zeitpunkt aufgeladen ist, zu dem das Auslösesignal erzeugt wird, Ist jedoch der
Kondensator durch den Widerstand 70 entladen, so kann
ein derartiger Pail nicht auftreten.
Die in Pig.2 gezeigte Baugruppe 50 mit der Auslösespule
und dem Transformator hat drei getrennte Wicklungen, von denen alle drei den Pol 44 der Pig.1 umgeben. Eine
Spule 76 ist eine Auslösespule, die an den Gattanschluß
des gesteuerten Siliziumgleichrichters 66 über den Widerstand 68 angeschlossen ist. Die beiden anderen
Spulen sind die Primärwicklung 78 bzw. die Sekundärwicklung
80 eines Aufwärtstransformators 79 für die
Zündspannung. An die Sekundärwicklung 80 ist über die Hochspannungsleitung 5^ die Zündkerze 82 des Motors
angeschlossen. Die in der Zeichnung den drei Spulen 76, 78 und 80 zugeordneten Punkte zeigen die Spulenenden
mit einer gemeinsamen Polarität hinsichtlich der in den Spulen induzierten Spannungen durch die Veränderungen
des durch den Pol 44 gehenden magnetischen Plusses.
Die tatsächliche Ausführung der Baugruppe 50 mit der
Auslösespule und dem Transformator ist im einzelnen in Pig.3 gezeigt. Gemäß Pig.3 hat die Baugruppe 50 ein
Kunststoffgehäuse 84 mit einem mittleren rohrförmigen Teil oder Kamin 86, der zur Aufnahme des Poles 44 bemessen
ist. Unmittelbar angrenzend und den Kamin 86 umgebend ist gemäß Pig.3 die Auslösespule 76 angeordnet,
die zwei Wicklungslagen hat. Auf der Außenseite der Auslösespule 76 befindet sich die Primärwicklung 78
des Transformators, die ebenfalls aus zwei Wicklungslagen besteht. Das eine Ende der Auslösespule 76 ist
an die Leitung 58 angeschlossen. Das andere Ende der
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- ίο -
Auslösespule ist durch, eine mit 81 bezeichnete Verbindung
sowohl mit einem Ende der Primärwicklung 78 als
auch mit der Leitung 56 verbunden. Das andere Ende der Primärwicklung 78 ist durch eine mit 83 bezeichnete Verbindung
an eine Erdleitung 60 und an ein Ende der Sekundärwicklung 80 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 80 umgibt
die Auslösespule und die Primärwicklung und ihr anderes Ende, an dem die Hochspannung anliegt, ist an
einem an dem inneren Ende eines in dem Gehäuse 84 ausgebildeten
Sockels 90 angeordneten Stift 88 angeschlossen. Der Sockel 90 nimmt das Ende der Hochspannungsleitung
54 auf.
Im Betrieb des in Fig.1 und 2 gezeigten Systems dreht
sich bei laufendem Motor das Schwungrad 12 in der in S1Ig-I mit einem Pfeil gezeigten Richtung synchron mit
dem Motorbetrieb ,,und der Permanentmagnet 24- überstreicht
dabei abwechselnd die beiden Statorkerne 32 bzw. 34,
die die beiden Baugruppen 48 und 50 tragen. In einem vorgegebenen Betriebszyklus bewegt sich der Magnet 24
zuerst an dem die Baugruppe 48 mit der Generatorspule tragenden Statorkern 32 vorbei und er induziert in der
Generatorspule 62 eine Spannung, die den Kondensator auf ein relativ hohes Spannungsniveau auflädt. Danach
bewegt sich der Magnet an dem die Baugruppe 50 mit der Auslösespule und dem Transformator tragenden Statorkern
34 vorbei. Die letztere Bewegung veranlaßt einen Impuls eines magnetischen iTußes durch den Mittelpol 44, der
in der Auslösespule 76 ein Auslösespannungssignal induziert
und den gesteuerten Siliziumgleichrichter leitend macht, wodurch sich der Kondensator 64 über die
Primärwicklung 78 entlädt. Diese plötzliche Entladung
des Kondensators durch die Primärwicklung 78 induziert
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ihrerseits an den Enden der Sekundärwicklung 80 eine Hochspannung, die zur Erzeugung eines Zündfunkens an den
Elektroden zu der Zündkerze 82 geleitet wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Anbringung der Baugruppe 50 auf dem Pol 44- eine doppelte Ausnutzung
des Polmaterials ergibt. Erstens dient der Pol 44 in Verbindung mit der Permanentmagnetbaugruppe 22 als Teil
eines Mechanismus zur Erzeugung einer plötzlichen Veränderung eines magnetischen Flusses durch die Auslösespule
zur Induzierung eines Auslösesignals in dieser Spule. Zweitens wirkt der Pol 44 als Kern für die
Primär- und Sekundärwicklungen 78 und 80 zur Verstärkung der induktiven Kopplung zwischen den "beiden Spulen in
der gleichen Art, wie dies für den in üblichen Zündtransformatoren verwendeten Kern gilt.
Noch ein weiterer Vorteil wird durch die Anordnung der Auslösespule, der Primärspule und der Sekundärspule
auf dem gleichen Pol 44 erreicht. In dem Augenblick, in dem der gesteuerte Silizumgleichrichter 66 zur Entladung
des Kondensators 64 geschaltet wird, steht die durch den magnetischen Fluß von der Magnetbaugruppe 22 in
der Primärwicklung 78 induzierte Spannung der Spannung
an dem Kondensator entgegen. Das bedeutet, daß in dem fraglichen Augenblick der durch die Transformatorwicklungen
gehende magnetische Fluß dem magnetischen Fluß entgegengesetzt ist, der durch die Entladung des Kondensators
erzeugt wird. Dies ist ein "besonders günstiger Zustand, da es eine wirksamere Ausnutzung des
ferromagnetischen Materials des Poles 44 ermöglicht und
eine größere Veränderung des magnetischen Flusses erzeugt, Daraus ergibt sich ..zwangsläufig eine höhere Sekundärspannung
als in dem Fall, in dem im Augenblick der
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Kondensatorentladung kein sich verändernder magnetischer Fluß durch die Transformatorspulen gehen würde.
Es sei bemerkt, daß natürlich verschiedene Veränderungen und Abwandlungen an dem dargestellten und beschriebenen
speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich sind. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind beispielsweise die beiden Baugruppen 48 und 50 jede auf einem getrennten Kern der
beiden dreipoligen Kerne angebracht. Dies muß nicht unbedingt der PaIl sein. Nach Wunsch können die beiden
Baugruppen auf verschiedenen Polen eines einzelnen Kerns angebracht sein. Auch die Anzahl der Pole eines Kernes
ist nicht von Bedeutung. Es ist nur erforderlich, daß die Baugruppe 48 mit der Generatorspule auf einem Pol
und die Baugruppe mit der Auslösespule und dem Transformator auf einem anderen Pol angebracht sind, wobei
in den Polen Impulse eines magnetischen Flusses durch eine umlaufende Magnetbaugruppe nacheinander erzeugt
werden. Im Eahmen des Erfindungsgedankens ist es auch nicht wesentlich, daß der Kondensator durch eine Gene—
ratorspule aufgeladen wird, die durch den gleichen Magneten erregt wird, der zur Erregung der Auslösespule
dient. Es können verschiedene andere Mittel zur Aufladung des Kondensators verwendet werden.
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Claims (2)
- Patent ansprücheZündsystem mit Kondensatorentladung zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor mit Fremdzündung mit einem Kondensator, einem Ladekreis zum Aufladen des Kondensators, einem Aufwärtszündtransformator mit einer Primärspule und einer Sekundärspule, einem Entladekreis zum Entladen des Kondensators durch die Primärspule, wobei der Entladekreis ein einen Auslöseanschluß aufweisendes angesteuertes Gattelement hat und das angesteuerte Gattelement ein solches Element ist, das zur Verhinderung der Entladung des Kondensators durch die Primärspule normalerweise nichtleitend ist und das für einen leitenden Zustand durch ein'Auslösesignal angesteuert wird, das für die Entladung des Kondensators durch die Primärspule seinem Auslöseanschiuß zugeführt wird, mit einem synchron mit dem Motorbetrieb umlaufenden Permanentmagneten, mit einem ersten Kern aus einem magnetischen Material, der angrenzend an den Weg des Permanentmagneten angeordnet ist und der einen ersten Pol hat, durch den ein Impuls eines magnetischen Flusses jedesmal dann von dem Permanentmagneten geht, wenn der Permanentmagnet bei seinem Umlauf an dem Pol sich vorbeibewegt, und mit einer auf dem Pol angebrachten Auslösespule, die mit dem Auslöseanschluß des angesteuerten Gattelements zum Schalten des Gattelements in seinen leitenden Zustand durch die von dem Impuls des magnetischen Flusses induzierte Spannung in der Auslösespule verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösespule (76) sowohl von der Primärspule (78) als auch von der Sekundärspule (80) getrennt ist und daß sowohl die Primärspule (78) als auch die Sekundärspule (80) zusammen mit der Auslösespule (76) auf dem Pol (44) angebracht sind.509834/053^
- 2. Zündsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein den Pol (44), die Auslösespule (76), die Primärwicklung (78) und die Sekundärwicklung (80) umgebendes Gehäuse (84), das zur Aufnahme des Poles (44), der Auslösespule (76)» der Primärwicklung (78) und der Sekundärwicklung (80) dient.509834/0534
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