DE3630723A1 - Magnetzuendanlage fuer motorkettensaegen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetzündanlage für einen fremdgezündeten Kleinmotor, insbesondere den Motor einer Kettensäge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Magnetzündanlagen sind bei Motorkettensägen allgemein gebräuchlich. Ein mit der Kurbelwelle umlaufendes Polrad mit einem magnetischen Umfangsabschnitt (Permanentmagnet) erzeugt je Umlauf in der Spule eines gehäusefesten Lade­ ankers eine Spannung, die in einem Energiespeicher zwischengespeichert und zum Zeitpunkt der Zündung über einen Zündtransformator (Zündspule) entladen wird. In der Sekundärwicklung des Zündtransformators entsteht durch die Entladung ein Hochspannungsimpuls, der sich als Zündfunke zwischen den Elektroden der Zündkerze entlädt.

Während im Betrieb des Motors Magnetzündanlagen aus­ reichend Zündenergie zur Verfügung stellen, bereitet der Start mit Magnetzündanlagen versehener Kleinmotoren (Ra­ senmäher, Motorkettensägen) mitunter erhebliche Probleme, da unterhalb einer Startdrehzahl eine sichere Zündung nicht möglich ist. Um ein Starten sicherzustellen, muß die Bedienungsperson den Seilzugstarter derart abrupt und kräftig betätigen, daß oft ein Seilriß die Folge ist. Schwächeren Personen, die mit einem Seilzugstarter die Startdrehzahl nicht aufbringen können, ist ein Starten derartiger Kleinmotoren oft nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei mit Magnet­ zündanlagen ausgerüsteten Kleinmotoren ein sicheres manuelles Starten bei geringem Kraftaufwand zu ermög­ lichen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Ladeankers zum magnetisierten Abschnitt des Polrads ist gewährleistet, daß der magnetisierte Abschnitt nur in einem Zeitpunkt höchster Momentandrehzahl des Polrads bzw. der Kurbelwelle am Ladeanker vorbeiläuft, wodurch eine auf den Polradum­ lauf maximal mögliche Induktionsspannung erzeugt wird. Durch die ausgewählte Lagezuordnung wird die durch die Dekompression bedingte Erhöhung der Momentandrehzahl zur Zündenergiebereitstellung ausgenutzt. Theoretisch ist so ein Starten des Kleinmotors bis zu einer Momentandrehzahl "0" im OT möglich. Praktisch ist durch die erfindungsge­ mäße Ausgestaltung der Magnetzündanlage eine erhebliche Senkung der Startdrehzahl erzielt, wodurch der Kraftauf­ wand beim Starten gesenkt ist. Auch schwächeren Personen ist mit der erfindungsgemäßen Anlage ein sicheres Starten des Kleinmotors möglich.

Hervorzuheben ist, daß diese Vereinfachung des Startvor­ gangs ohne einschneidende Eingriffe (konstruktive Verän­ derungen) weder am Kleinmotor noch an der Magnetzündanlage erzielt ist. Lediglich der Ladeanker bzw. der mit dem Pol­ rad umlaufende magnetisierte Abschnitt (Permanentmagnet) sind in ihrer Lage aufeinander abzustimmen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Lage des Ladeankers und des Permanentmagneten auf dem Polrad so aufeinander abgestimmt, daß diese sich in einer Kurbel­ wellenstellung von etwa 80° Kurbelwellenwinkel nach OT bis 180° Kurbelwellenwinkel (UT) gegenüberliegen. In diesem Drehbereich ist die Dekompression der Kolben/Zylinder- Einheit beschleunigend wirksam, wodurch eine hohe Momentandrehzahl gewährleistet ist. Vorzugsweise liegen in einer Kurbelwellenstellung von etwa 80° KW bis 110° KW nach OT der magnetisierte Abschnitt des Polrads und der Ladeanker gegenüber, da in dieser Polradstellung ein kurzzeitiges Maximum der Momentandrehzahl gegeben ist, was eine maximale Induktionsspannung und somit hohe Zünd­ energie pro Polradumlauf gewährleistet.

Der Zündgeber kann allgemein aus einer einfachen Induktionsspule bestehen. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Zündgeber als Hall-Sensor ausgebildet.

Zweckmäßig ist die Zuordnung eines jeweils eigenen magnetisierten Abschnitts des Polrads zum Ladeanker und zum Zündgeber. Die Abschnitte laufen dabei in axial zu­ einander versetzten Ebenen um. Bei der Anordnung zweier magnetischer Abschnitte ist vorteilhaft eine Zusammen­ fassung von Ladeanker, Ladespule und Zündgeber zu einer Baueinheit möglich.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung ergeben sich in Verbindung mit der Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 über den Kurbelwellenwinkel aufgetragen die Momentandrehzahl eines Kleinmotors beim Startvorgang,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Magnetzündanlage am Motor,

Fig. 3 eine Teilansicht einer Motorkettensäge mit erfindungsgemäßer Magnetzündanlage,

Fig. 4 eine Teilansicht einer Motorkettensäge mit einer modifizierten erfindungsgemäßen Magnetzünd­ anlage.

Die erfindungsgemäße Magnetzündanlage besteht im wesent­ lichen aus einem umlaufenden Polrad 1 mit einem magneti­ sierten Abschnitt, der vorzugsweise aus einem Permanent­ magneten 4 besteht, aus einem U-förmigen Ladeanker 16 mit Ladespule 15, einem Energiespeicher 12, einem Zündtrans­ formator 10, einem Zündgeber 5 sowie der Zündkerze 8. Das Polrad 1 ist an einem Ende der Kurbelwelle 2 angebracht und läuft mit dieser um. Der Permanentmagnet 4 ist in OT etwa auf 0° KW auf dem Polrad befestigt. Die Kurbelwelle 2 ist über ein Pleuel 6 mit einem Kolben 7 verbunden, der einen Verbrennungsraum in einem - nicht dargestellten - Zylinder begrenzt; ausgehend vom oberen Totpunkt (OT) des Kolbens 7 ist jede Umdrehung der Kurbelwelle 2 in Dreh­ richtung in Kurbelwellenwinkelgrade (°KW) aufgeteilt. Mit 0° KW in OT beginnend sind die 360° Winkelgrade in Drehrichtung aufgeteilt in 0° KW bis 180° KW nach OT und - in der Drehrichtung weiterlaufend - 180° KW bis 0° KW vor OT. In 180° KW nach OT (entspricht 180° KW vor OT) hat der Kolben 7 seinen unteren Totpunkt (UT).

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, fällt beim Startvorgang die Momentandrehzahl infolge der vor OT vom Kolben 7 zu leistenden Kompressionsarbeit bis zum OT stark ab; der Momentandrehzahlabfall kann bis zu 1000/min betragen. Nach OT wird der Kolben 7 etwa bis UT (180° KW) aufgrund ge­ leisteter Dekompressionsarbeit stark beschleunigt, wodurch der momentane Drehzahlabfall um OT wieder ausgeglichen wird; etwa 80° KW nach OT ist sogar ein Maximum der Momentandrehzahl erreicht, was durch den Kurvenabschnitt C (Fig. 1) wiedergegeben ist.

Um insbesondere beim Startvorgang eine ausreichende Zündenergie zur Verfügung zu stellen, ist im Ausführungs­ beispiel der Ladeanker 16 in einem Bereich A von 80° KW nach OT bis 80° KW vor OT angeordnet. Vorzugsweise liegt der Ladeanker im Bereich von 80° KW bis 180° KW nach OT, da dort die Dekompressionsarbeit für eine hohe Drehzahl sorgt. Insbesondere im Bereich C des Drehzahlmaximus (80° KW bis 110° KW nach OT) ist die Anordnung des Ladeankers 6 vorteilhaft.

Die vorstehend gemachten Angaben beziehen sich auf ein Polrad 1 mit einem über dessen Umfang in OT (0° KW) angeordneten Permanentmagneten 4. Allgemein ausgedrückt muß der in Drehrichtung 3 vorgesehene Abstand des Lade­ ankers 16 vom Permanentmagneten 4 so bemessen sein, daß der Permanentmagnet 4 immer im Zeitpunkt hoher Drehzahl dem Ladeanker 16 gegenüberliegt. Auf das Ausführungsbei­ spiel bezogen, muß in OT der Ladeanker 16 vom Permanent­ magneten einen Abstand haben, der in Drehrichtung (Pfeil 3) mindestens 80 Winkelgrade und höchstens 280 Winkelgrade haben sollte.

Der an dem U-förmigen Ladeanker 16 vorbeilaufende Permanentmagnet 4 des Polrads 1 schließt den magnetischen Kreis des Ladeankers 16 und induziert eine hohe Spannung in der Ladespule 15; die pulsierende induzierte Spannung wird über eine Diode 13 dem Energiespeicher zugeführt, der im Ausführungsbeispiel ein Kondensator 12 ist. Dieser ist über die Primärwicklung 11 des Zündtransformators 10 an Masse gelegt. Die Sekundärwicklung 9 des Zündtransforma­ tors 10 speist eine im Verbrennungsraum angeordnete Zünd­ kerze 8. Ferner ist der Zweig zwischen Diode 13 und Kon­ densator 12 vorzugsweise über einen Thyristor 14 (oder ein zweckmäßiges anderes schaltbares Halbleiterelement) mit Masse verbunden, dessen Toranschluß 17 mit dem Zündgeber 5 verbunden ist, der z.B. aus einer Induktionsspule mit Kern besteht. Der Zündgeber liegt im Ausführungsbeispiel im Bereich 8 von 30° KW bis 0° KW vor OT und wird ebenfalls vom Permanentmagneten 4 angesteuert.

Da der Ladeanker 16 - im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 etwa bei 100° KW nach OT angeordnet - im Bereich eines Maximums der Momentandrehzahl angeordnet ist, reicht bereits eine sehr geringe Startdrehzahl aus, um den Motor sicher zu starten. Aufgrund der hohen Momentandrehzahl des Polrads 1 im Zeitpunkt des Vorbeilaufens des Permanent­ magneten 4 am Ladeanker 16 wird eine hohe Spannung indu­ ziert, die den Kondensator 12 voll auflädt. Im Zündzeit­ punkt - beim Starten auf OT; im Betrieb vor OT - läuft der Permanentmagnet 4 am entsprechend angeordneten Zündgeber 5 vorbei und induziert einen Spannungsimpuls auf den Toran­ schluß 17 des Thyristors 14. Dieser schaltet durch und schließt den Stromkreiskondensator 12 - Primärwicklung 11, wodurch sich der Kondensator 12 entladen kann und einen hohen Spannungsimpuls in der Sekundärwicklung 9 induziert, der sich als Zündfunken an den Elektroden der Zündkerze 8 entlädt.

Der selbstlöschende Thyristor 14 sperrt wieder, so daß der Kondensator 12 bei der folgenden Umdrehung des Polrads 1 wieder aufgeladen werden kann.

Ist - wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 - nur ein Permanentmagnet 4 vorgesehen, der in OT in 0° KW auf dem Polrad 1 befestigt ist, muß der Zündgeber 5 in einem Bereich von etwa 0 bis 30° KW vor OT gehäusefest angeord­ net sein. Der Abstand des Dauermagneten 4 zum Zündgeber 5 beträgt allgemein etwa 330° bis 360° Winkelgrade in Dreh­ richtung 3 des Polrads 1.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Magnetzündanlage in einer Motorkettensäge gezeigt. Diese besteht im wesent­ lichen aus einem in einem Gehäuse 20 angeordneten Klein­ motor 21, der über einen Seilzugstarter 22 gestartet werden kann. Das Gehäuse 20 der Motorkettensäge weist zwei Handgriffe 23 und 24 auf, an denen die Säge gehalten und geführt wird. Auf dem an der vorderen Seite des Gehäuses 20 angeordneten Schwert 25 läuft die Sägekette - vom Motor getrieben - um.

Das Polrad 1 ist im Beispiel der Motorkettensäge als Lüfterrad 27 ausgebildet, in dem in der Nähe des Umfangs ein Permanentmagnet 4 fest eingebaut ist. Der Ladeanker 16 mit Ladespule 15 ist - gemäß der Erfindung - im Bereich höchster Momentandrehzahl des Polrads 1 bzw. der Kurbel­ welle 2 angeordnet und gewährleistet auch bei kleinsten Drehzahlen hohe induzierte Zündspannungen. Der Zündgeber 5 wird vom gleichen Permanentmagneten 4 wie der Ladeanker 16 angesteuert und ist in Umfangsrichtung des Polrads 1 ver­ setzt zum Ladeanker 16 und in Drehrichtung nach diesem angeordnet. Zum gewünschten, vorgebbaren Zeitpunkt der Zündung wird der Zündgeber 5 vom Permanentmagneten 4 des Polrads 1 erregt und löst die Zündung aus.

Vorteilhaft ist die Ladespule 15 zusammen mit den elektro­ nischen Steuerelementen der Magnetzündanlage in einem Ge­ häuse 18 angeordnet und eingegossen.

Die in Fig. 4 gezeigte Motorkettensäge entspricht der in Fig. 3. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das als Lüfterrad 27 ausgebildete Polrad 1 weist wieder einen fest eingebauten Permanentmagneten 4 für den Ladeanker 16 auf. Der Zündgeber 5 ist am Gehäuse 20 für die Ladespule 15 befestigt; es kann vorteilhaft sein, den Zündgeber 5 in das Gehäuse 20 zu integrieren. Wesentlich ist, daß der Zündgeber 5 axial versetzt zum Permanent­ magneten 4 angeordnet ist, so daß dieser keinen Span­ nungsimpuls im Zündgeber induzieren kann. Ein dem Zündge­ ber zugeordneter Permanentmagnet 19 ist zusätzlich vorge­ sehen; er ist - in der Ebene zum Permanentmagneten 4 axial versetzt - am Polrad 1 befestigt und liegt in Umfangs­ richtung des Polrads mit Abstand zum dem Ladeanker 16 zu­ geordneten Permanentmagneten 4. Die Lage der Permanent­ magneten 4 und 19 zueinander ist durch die Anordnung des Ladeankers 16 und den gewünschten Zündzeitpunkt (Anordnung des Zündgebers 5) bestimmt.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Zündgeber 5 als Induktionsspule mit Kern vorgeschlagen. Es kann vorteilhaft sein, als Zündgeber 5 einen Hall-Sensor vorzusehen, dessen Hall-Spannung als Steuerspannung ausgewertet wird. Auch sind im Rahmen der Erfindung Zündgeber 5 einsetzbar, die als Näherungsschalter (Hall-Schranke) ausgebildet sind; optisch oder kapazitiv angesteuerte Zündgeber sind ebenso zweckmäßig verwendbar.

Claims (8)

1. Magnetzündanlage für einen fremdgezündeten Kleinmotor, insbesondere den Motor einer Kettensäge, bestehend aus einem mit der Kurbelwelle (2) des Motors umlaufenden Polrad (1) mit mindestens einem magnetisierten Um­ fangsabschnitt (4) und einem gehäusefesten Ladeanker (16) mit Ladespule (15), deren vom magnetisierten Umfangsabschnitt (4) des Polrads (1) induzierte Spannung einem Energiespeicher (12) zugeführt ist, der im Zündzeitpunkt auf den Impuls eines Zündgebers (5) über die Primärwicklung (11) eines Zündtransformators (10) entladen wird, dessen Sekundärwicklung (9) mit einer Zündkerze (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierte Ab­ schnitt (4) des Polrads (1) dem Ladeanker (16) in einer Kurbelwellenstellung zwischen etwa 80° KW nach OT bis etwa 80° KW vor OT gegenüberliegt.

2. Magnetzündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polradstellung im Bereich von 80° KW nach OT bis etwa 180° KW (UT) liegt.

3. Magnetzündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierte Ab­ schnitt (4) des Polrads (1) dem Ladeanker (16) in einer Kurbelwellenstellung zwischen etwa 80° KW nach OT bis 110° KW nach OT gegenüberliegt (Fig. 2).

4. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündgeber (5) ein Hall-Sensor ist.

5. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zündgeber (5) und dem Ladeanker (16) jeweils ein eigener magnetisierter Ab­ schnitt (4, 19) des Polrads (1) zugeordnet ist.

6. Magnetzündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündgeber (5) im Bereich des Ladeankers (16) liegt und an diesem befestigt ist (Fig. 4).

7. Magnetzündanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeanker (16) mit der Ladespule (15) und der Zündgeber (5) eine gemeinsame Baueinheit bilden.

8. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Zündgeber (5) zugeordnete magnetisierte Abschnitt (19) in einer zu der Ebene des dem Ladeanker (16) zugeordneten magneti­ sierten Abschnitts (4) axial versetzten Ebene rotiert (Fig. 4).