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Magnet generator für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Magnetgenerator
für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus
der DE-OS 21 33 668 ist bereits ein Magnetgenerator bekanntgeworden, der neben einer
Ladewicklung zur Erzeugung der Zündenergie und Speicherung in einem Zündkondensator
noch weitere Wicklungen aufweist, die zur Versorgung zusätzliche Verbraucher dienen.
Derartige Magnetgeneratoren werden im wesentlichen für Fahrzeuge verwendet, die
von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden und deren Lichtanlage durch die
zusätzlichen Wicklungen des Magnetgenerators versorgt werden. Außerdem ist der bekannte
Magnetgenerator noch mit Steuerwicklungen zur Auslösung eines Zündvorganges mit
jeder Umdrehung des Polrades ausgerüstet. Um sicherzustellen, daß mit jeder Umdrehung
des Polrades nur ein Zündvorgang ausgelöst wird, ist das Polrad auf einem Bereich
seines Umfangs anstelle
von Dauermagneten mit Ausgleichsgewichten
versehen, so daß sich in Umfangsrichtung des Polrades eine magnetische Unsymmetrie
ergibt, die beim Vorbeibewegen an den Steuerspulen die gewünschte Steuerspannung
zur Auslösung eines Zündvorganges erzeugt.
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Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß durch die Anordnung der
Dauermagnete über nur einen Teil des Polradumfanges die abgegebene elektrische Leistung
an den Generatorwicklungen für die zusätzlichen Verbraucher nicht optimal ist. Eine
ausreichende Leistung kann daher nur durch die Anbringung möglichst vieler zusätzlicher
Generatorwicklungen erzielt werden, was zusätzliche Kosten verursacht. Um nun möglichst
viele solcher Generatorwicklungen innerhalb des Polrades anordnen zu können, muß
der Zündtransformator zur Erzeugung der auf die Zündkerze gelangenden Hochspannungsimpulse
als zusätzliches Teil außerhalb des Magnetzünders angeordnet und mit dem Magnet
zünder verschaltet werden.
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Aus der US-PS 4 061 121 ist ferner ein Magnetgenerator für Zündanlagen
bekannt, bei dem die Primär- und Sekundärwicklung zur Erzeugung des Hochspannungsimpulses
als Zündanker innerhalb des Polrades auf einem Eisenkern angeordnet ist, der mit
den umlaufenden Dauermagneten des Polrades zusammenwirkt. Auch hier sind zur Versorgung
weiterer Verbraucher mehrere zusätzliche Generatorwicklungen vorhanden. Eine magnetische
Unsymmetrie im Polrad zur Auslösung eines Zündvorganges bei jeder Umdrehung des
Polrades ist hier nicht vorgesehen, Dafür hat diese Lösung den Nachteil, daß die
Auslösung der Zündung durch einen nockengesteuerten, mechanischen Unterbrecher erfolgt,
zudem ein Funkenlöschkondensator parallel geschaltet ist.
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Aus der DE-OS 15 39 179 ist schließlich ein Magnetgenerator für Zündanlagen
bekannt, bei dem die Primär- und Sekundärwicklung des Zündankers auf einem stabförmigen
Eisenkern innerhalb des Polrades angeordnet ist, der an seinen beiden Enden Polschuhe
bildet, die mit dem Dauermagneten des umlaufenden Polrades zusammenwirken. Durch
eine magnetische Unsymmetrie des Polrades in Umfangsrichtung ist sichergestellt,
daß mit jeder vollen Umdrehung des Polrades nur ein Zündvorgang in der Zündanlage
ausgelöst wird. Da das vierpolige Polrad einen Südpol und drei Norpole aufweist,
ist es für die Anbringung weiterer Generatorwicklungen zur Versorgung zusätzlicher
Verbraucher ungeeignet.
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Mit er vorliegenden Lösung wird angestrebt, einen Magnetgenerator
für Zündanlagen so auszubilden, daß er zur Erzeugung optimaler Leistungen mit einem
Polrad versehen ist, über dessen gesamten Umfang eine Vielzahl Dauermagnete mit
abwechselnder Polarität angeordnet ist, welches durch eine magnetische Unsymmetrie
am Umfang des Polrades zur Auslösung eines Zündvorganges in der Zündanlage dient,
indem das Polrad mit einem entsprechend angeordneten Zündanker der Zündanlage zusammenwirkt.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Magnetgenerator für Zündanlagen
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß das Polrad
durch die über den ganzen Umfang verteilten Dauermagnete abwechselnder Polarität
durch die Anordnung zusätzlicher Generatorwicklungen für die Versorgung weiterer
Verbraucher optimal
genutzt werden kann. Außerdem ist ein separat
vom Magnetgenerator angeordneter Zündtransformator nicht mehr erforderlich und über
den Zündanker wird eine wartungsfreie, kontaktlose Steuerung der Zündanlage erreicht.
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Ein solcher Magnetgenerator läßt sich mitsamt der elektronischen Schaltung
der Zündanlage und bei optimaler Leistungsabgabe an zusätzlichen Generatorwicklungen
einfach und kostengünstig herstellen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
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Dabei ist es zur Erzeugung einer kräftigen Steuerspannung für die
Auslösung eines Zündvorganges in den Wicklungen des Zündankers besonders vorteilhaft,
wenn die Polbreite des einen Dauermagneten um einen Betrag größer und die Polbreite
des anderen, benachbarten Dauermagneten um einen entsprechenden Betrag kleiner ist
als die Polbreite der übrigen Dauermagnete des Polrades.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur
1 den erfindungsgemäßen Magnetgenerator in vereinfachter Darstellung mit einem zwölfpoligen
Polrad, einem Zündanker und einem Anker für zusätzliche Generatorwicklungen, Figur
2 zeigt den Schaltungsaufbau der Zündanlage mit einem Zündgenerator nach Figur 1.
Figur 3 zeigt den Spannungsverlauf in der Steuerwicklung des Zündankers.
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Beschreibung des Ausführungsbeispieles In Figur 1 ist der Magnetgenerator
für die Zündanlage einer Brennkraftmaschine mit 10 bezeichnet. Die nicht dargestellte
Brennkraftmaschine treibt ein Fahrzeug mit zusätzlichen elektrischen Verbrauchern.
Der Magnetgenerator 10 hat ein topfförmiges Polrad 11, welches im Schnitt dargestellt
ist. Im nicht erkennbaren Boden des Polrades 11 befindet sich eine Nabe, mit der
das Polrad 11 auf der Antriebswelle der Brennkraftmaschine befestigt wird, so daß
das Polrad von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Am Umfang des Polrades 11
ist ein Magnetband mit zwölf über den Umfang verteilten, einmagnetisierten Dauermagneten
12 befestigt. Die Dauermagnete 12 haben in Umfangsrichtung des Polrades 11 eine
abwechselnde Polarität. Zwischen dem benachbarten Dauermagneten 12 befindet sich
jeweils ein unmagnetischer Abschnitt 13 des Magnetbandes. Innerhalb des Polrades
11 ist ein Zündanker 14 ortsfest angeordnet, indem er auf einer Ankerplatte oder
am Motorgehäuse festgeschraubt ist. Der Zündanker 14 enthält eine Primärwicklung
15, eine Sekundärwicklung 16 sowie eine Steuerwicklung 17.
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Diese Wicklungen sind auf einem stabförmigen Eisenkern 18 angeordnet
und gemeinsam mit den elektronischen Bauelementen 19 in einer Vergußmasse aus Isolierstoff
20 eingebettet. Der stabförmige Eisenkern 18 des Zündankers 14 bildet an seinen
beiden Enden Polschuhe 18a, 18b, an denen die Dauermagnete 12 vorbeilaufen. Der
Zündanker 14 ist innerhalb des Polrades 11 über einen Umfangsbereich des Polrades
11 sehnenförmig angeordnet. Über den restlichen Umfangsbereich sind innerhalb des
Polrades 11 weitere Generatorwicklungen 21 und 22 auf sternförmig nach außen zu
den Dauermagneten 12 hin gerichteten Eisenkernschenkeln 23 angebracht. Die
Eisenkernschenkel
23 sind innen über ein Joch 23a miteinander verbunden.
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Zur Erzeugung einer einen Zündvorgang in der Zündanlage mit jeder
vollen Umdrehung des Polrades 11 auslösenden Steuerspannung im Zündanker haben die
in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Dauermagnete 12 des Polrades 11 mit Ausnahme
zweier benachbarter Dauermagnete 12a und 12b gleiche Polbreite B. Von den beiden
benachbarten Dauermagneten 12a und 12b hat der eine Dauermagnet 12a eine größere
und der andere Dauermagnet 12b eine kleinere Polbreite als die übrigen-Dauermagnete
12.
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Außerdem haben die beiden Polschuhe 18a und 18b des Zündankers 14
eine unterschiedliche Polschuhbreite in Umfangsrichtung des Polrades 11. Dabei ist
der eine Polschuh 18b des Zündankers 14 um die Hälfte breiter als der andere Polschuh
18a. Von den beiden benachbarten Dauermagneten 12a und 12b des Polrades 11 ist die
Polbreite des einen Dauermagneten 12a um einen Betrag x größer und die Polbreite
des anderen Dauermagneten 12b um einen entsprechenden Betrag x kleiner als die Polbreite
B der übrigen Dauermagnete 12 des Polrades 11.
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Der Betrag x entspricht dabei etwa der Breite des schmalen Polschuhes
18a des Zündankers 14. Daraus ergibt sich, daß die Polbreite der beiden Dauermagnete
12a und 12b des Polrades 11 um etwa die Breite des schmalen Polschuhes 18a des Zündankers
14 größer bzw. kleiner ist als die Polbreite B der übrigen Dauermagnete 12.
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Durch die zwölfpolige Ausbildung des Polrades 11 beträgt die Polteilung
der Dauermagnete 12 300. Beim breiteren Dauermagneten 12a beträgt sie 39 . Die Teilung
der nach außen gerichteten Eisenkernschenkel 23 beträgt ebenfalls 300, so daß sie
mit der Polteilung der Dauermagnete 12 des Polrades 11 übereinstimmt.
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Figur 2 zeigt den Schaltungsaufbau der Zündanlage mit dem Magnetgenerator
nach Figur 1. Von den auf den Eisenkernschenkeln 23 angeordneten sieben Generatorwicklungen
sind drei Generatorwicklungen 21 als Ladewicklung für einen Zündkondensator 25 der
Zündanlage vorgesehen, während die übrigen vier Generatorwicklungen 22 zur Versorgung
zusätzlicher Verbraucher dienen. Sie sind gemäß Figur 2 an die Beleuchtung 26 des
Fahrzeuges sowie über eine Diode 27 an eine Akkumulatorbatterie 28 für die Versorgung
von Gleichstromverbrauchern angeschlossen. Über einen gegen Masse geschalteten Schalter
29 kann die Beleuchtungsanlage 26 ein- und ausgeschaltet werden. Die Generatorwicklungen
21 sind über eine Steckverbindung 30 an die in Figur 1 angedeuteten elektronischen
Bauelemente 19 der Zündanlage angeschlossen, indem sie über eine Ladediode 31 mit
dem einen Anschluß des Zündkondensators 25 sowie mit der Anode eines Zündthyristors
32 verbunden sind. Der andere Anschluß des Zündkondensators 25 ist mit der Primärwicklung
15 verbunden und außerdem über eine weitere Diode 33 mit der Anode der Ladediode
33 gekoppelt. Die Sekundärwicklung 16 des Zündankers 14 ist mit einer Zündkerze
34 verbunden.
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Die Steuerelektrode 32a des Zündthyristors 32 ist über ein RC-Glied
35 und eine Diode 36 mit der Steuerwicklung 17 des Zündankers 14 verbunden. Die
freien Anschlüsse der in Reihe liegenden Ladewicklungen 21, des Zündthyristors 32,
der Steuerwicklung 17, der Primärwicklung 15 und der Sekundärwicklung 16 liegen
gemeinsam mit dem einen Pol der Zündkerze 34 auf Masse.
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Beim Betrieb der Brennkraftmaschine läuft das Polrad 11 des Magnetgenerators
10 mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine in Pfeilrichtung um. Dabei werden durch
die Dauermagnete 12 in den Generatorwicklungen 21 und 22 Wechselspannungen mit relativ
hoher Frequenz erzeugt,
so daß schon bei Leerlaufdrehzahlen die
Beleuchtung 26 ohne ein Flackern eingeschaltet werden kann. Die Generatorwicklungen
21 laden über die Ladediode 31 den Zündkondensator 25 auf. Durch die Anordnung des
Zündankers 14 ist dabei sichergestellt, daß beim Vorbeibewegen der Dauermagnete
12 mit gleicher Polbreite B an den Polschuhen 18a und 18b des Zündankers 14 jeweils
an beiden Polschuhen 18a und 18b Dauermagnete ,/ gleicher Polarität vorbeilaufen.
Die dabei in der Steuerspule 17 des Zündankers 14 erzeugte Steuerspannung U17 ist
in Figur 3 dargestellt. Ein entsprechender Verlauf tritt dabei auch in der Primärwicklung
15 und in der Sekundärwicklung 16 des Zündankers 14 auf. Zum Zündzeitpunkt Zzp gelangen
nun die Dauermagnete 12a und 12b mit ihren unterschiedlichen Polbreiten zum breiten
Polschuh 18b des Zündankers 14. Dadurch haben die Dauermagnete an den beiden Polschuhen
18a und 18b des Zündankers 14 entgegengesetzte Polarität, so daß sich kurzzeitig
im stabförmigen Eisenkern 18 des Zündankers 14 ein kräftiges Magnetfeld aufbaut.
Der dadurch in der Steuerwicklung 17 induzierte Impuls u' der Steuerspannung U17
übersteigt die Ansprechspannung Ua des Zündthyristors 32, so daß dieser in den stromleitenden
Zustand umschaltet. Der Zündkondensator 25 wird nun schlagartig über den Zündthyristor
32 und über die Primärwicklung 15 entladen. Dadurch wird in der Sekundärwicklung
16 ein Hochspannungsimpuls erzeugt, der an der Zündkerze 34 einen Zündfunken zur
Folge hat.
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Nach dem Abklingen des Zündvorganges gelangt auch der Zündthyristor
32 wieder in den Sperrzustand. Die zur Ladung des Zündkondensators 25 nicht verwendeten
negativen Spannungshalbwellen der Generatorwicklungen 21 werden über die Primärwicklung
15 und die Diode 33 belastet. Der Zündkondensator 25 kann daher erneut von
den
positiven Spannungshalbwellen der Ladewicklungen 21 aufgeladen werden. Durch die
unterschiedlich breiten Polschuhe 18a und 18b des Zündankers 14 ist sichergestellt,
daß während eines vollständigen Umlaufes des Polrades 11 nur ein Zündvorgang ausgelöst
wird. Die restlichen Schwingungen der Steuerspannung U17 die in Figur 3 über eine
volle Umdrehung T des Polrades 11 dargestellt ist, werden durch das RC-Glied 35
weitgehend von der Steuerelektrode 32a des Zündthyristors 32 abgeblockt bzw. sie
erreichen nicht die Ansprechspannung Ua des Zündthyristors 32.
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Dies gilt auch für den Impuls u 1 der Steuerspannung U17, der dann
auftritt, wenn die beiden Dauermagnete 12a und 12b unterschiedlicher Polbreite an
dem schmalen Polschuh 18a des Zündankers 14 vorbeibewegt werden. Durch einen Abstellschalter
25 kann der Generator an den Wicklungen 23 kurzgeschlossen und damit die Zündanlage
stillgesetzt werden.