DE3706725A1 - Zuendvorrichtung mit einem zuendtransformator und einem an den schenkeln des transformatorkernes vorbeigefuehrten permanentmagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Derartige kontaktlos gesteuerte Zündvorrichtungen, die durch einen mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine umlaufenden Permanentmagnet auf einem Rotor erregt werden, haben ein brei­ tes Anwendungsfeld und werden insbesondere in Motoren für Kettensägen, Grasmähgeräten u. dgl. verwendet.

Nicht nur, aber insbesondere bei Zwei-Takt-Motoren besteht die Möglichkeit, daß der Motor unter bestimmten Voraussetz­ ungen auch entgegen seiner Betriebsdrehrichtung umläuft. Dies bringt für eine Reihe von Arbeitsgeräten eine erhebliche Un­ fallgefahr mit sich. Beispielsweise bei einer Kettensäge kann nach einem kurzseitigen Ausschalten oder einem Festlaufen der Kettensäge im Holz beim Herausziehen der Kettensäge oder auch bei Pendelbewegungen der Kettensäge die Betriebsdrehrichtung umgekehrt werden. Erfolgt dann durch Anschalten des Motors eine Zündung und wird die Säge an das Holz gehalten, so ist die die Säge bedienende Person auf den umgekehrten Laufbetrieb und die daraufhin eventuell rückschlagenden Kettensäge nicht vorbereitet, so daß es zu erheblichen Verletzungsgefahren kom­ men kann.

Dieses Problem ist zwar erkannt worden, so daß man versucht hat, eine Rückwärtsdrehsicherung einzubauen. Dies ist bislang jedoch alleine mit schaltungstechnischen Maßnahmen realisiert worden, um durch Einsatz passiver Bauelemente die von der Zünd­ vorrichtung erzeugten Impulse in der Primärspule zu bedämpfen oder zu begrenzen. Diese schaltungstechnischen Vorkehrungen verursachen jedoch einen schaltungstechnischen Mehraufwand und führen zu komplizierten Schaltungen. Ferner ergeben sich durch den Einbau der passiven Bauelemente zusätzliche Kosten, aber auch die Gefahr des Ausfalles der passiven Bauelemente und des Problems von zusätzlicher Verlustleistung der Zündelektronik in Form von Wärme.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine wirksame Rückwärtsdreh­ sicherung zum Unterbinden des Zündfunkens in bestimmten Dreh­ zahlbereichen bei äußerst einfachem Aufbau der Zündvorrichtung zu erreichen. Angestrebt ist ferner, daß dies durch Maßnahmen erreicht wird, die keine zusätzlichen Störgefahren und keinen zusätzlichen Wartungsaufwand mit sich bringen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet.

Nach Maßgabe der Erfindung wird der positive Impuls bei Rück­ wärtsdrehrichtung schon bei seiner Entstehung während des In­ duktionsvorganges in der Primärspule begrenzt und zwar auf rein mechanischer Weise durch entsprechende Ausbildung der Flußleitstücke am Permanentmagnet selbst. Erreicht wird dies in überraschend einfacher Weise dadurch, daß das nachlaufende Polschuhpaket länger ausgebildet wird und zwar mit einer sol­ chen Länge, daß das nachlaufende Polschuhpaket die beiden Schenkel des Transformatorkernes kurzzeitig kurzschließt. Da diese Ausgestaltung des Polschuhpaketes nur auf das nach­ laufende Polschubpaket, welches in Rückwärtsdrehrichtung für die Erzeugung eines positiven Impulses verantwortlich ist, begrenzt ist, hingegen das vorlaufende Polschuhpaket unbe­ ändert belassen wird, wird bei der Betriebsdrehrichtung der positive Impuls in voller Amplitudenhöhe induziert, so daß in Betriebsdrehrichtung die Zündverhältnisse durch die er­ findungsgemäße Ausgestaltung nicht beeinflußt werden.

Infolge des Kurzschlusses des Transformatorkernes durch die verlängerte Ausbildung des Polschuhpaketes wird eine Be­ grenzung des positiven Spannungsimpulses in der Primärspule erreicht, so daß kein für die Erzeugung eines Zündfunkens ausreichender Zündimpuls in der Sekundärspule erreicht wird. Auf diese Weise wird durch baulich einfache Maßnahmen eine sehr wirkungsvolle Rückdrehsicherung erreicht, die schaltungs­ technische Abänderungen nicht erfordert und auch keinerlei Bauteile zusätzlich bedingt, die im Betrieb Störungen ver­ ursachen könnten.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das nachlaufende Polschuhpaket so lang ausgebildet, daß im wesentlichen der Abstand benachbarter Schenkel des Trans­ formatorkernes überbrückt wird. Dabei ist in zweckmäßiger Weise die Länge des nachlaufenden Polschuhpaketes im wesentlichen auf den Überdeckungsbereich der beiden Transformatorschenkel begrenzt.

Die Erfindung ist allerdings auch auf Zündvorrichtungen mit einem Drei-Schenkelkern anwendbar. Ferner ist die Erfindung sowohl für eine induktive Transistorzündanlage wie auch für eine kapazitive Thyristorzündanlage einsetzbar.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild mit einer Zündvorrichtung,

Fig. 2 einen mit Polschuhpaketen ausgestatteten Per­ manentmagnet herkömmlicher Bauart,

Fig. 3 das Diagramm des Spannungsverlaufes in der Primärspule über der Zeit,

Fig. 4 ein Diagramm über den Stromverlauf in der Primärspule bei einem Spannungsverlauf nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Diagramm entsprechend dem nach Fig. 3, jedoch nicht in Betriebsdrehrichtung sondern in Rückwärtsdrehrichtung,

Fig. 6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausge­ statteten Permanentmagneten,

Fig. 7 bis 10 verschiedene Betriebsstellungen eines solchen Permanentmagneten im Betriebsdrehrichtung,

Fig. 11 ein Diagramm über den Spannungsverlauf in der Primärspule in Betriebsdrehrichtung gemäß den Fig. 7 bis 10,

Fig. 12 bis 15 verschiedene Betriebsstellungen in Rückwärts­ drehrichtung mit einem Permanentmagnet nach Fig. 6 sowie

Fig. 16 ein Diagramm des Spannungsverlaufes bei Ver­ wendung eines Permentmagneten nach Fig. 6 in Rückwärtsdrehrichtung des Rotors.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung, für welche die beschriebene Zünd­ vorrichtung verwendbar ist. In dieser Schaltung ist mit 1 eine Zündkerze verdeutlicht und mit 2 ein Rotor, der einen mit 3 bezeichneten Permanentmagnet trägt. Der Rotor 2 wirkt mit einem Transformator umfassend eine Primärspule 4 a, eine Sekundär­ spule 4 b und einen Transformatorkern 5 aus ferromagnetischem Material zusammen. In der Schaltung ist ferner mit 6 und mit 7 ein Darlingtontransistor bezeichnet, an dessen Basis ein Basis­ vorwiderstand S angeschlossen ist. Am Darlingtontransistor 7 ist ferner eine Diode 9 vorgesehen, welche negative Impulse gegen den Massebezugspunkt kurzschließt.

Fig. 2 zeigt im Detail den Permanentmagnet 3, der zwei Pol­ schuhpakete 10 und 11 aufweist, die in herkömmlicher Weise aus vernieteten oder sonstwie befestigten nebeneinander an­ geordneten Blechen aufgebaut ist. In der in Fig. 1 durch Pfeil verdeutlichten normalen Betriebsdrehrichtung induziert der mit dem Rotor 2 umlaufende Permanentmagnet 3 in der Pri­ märspule 4 a einen Spannungsverlauf, wie er schematisch in Fig. 3 über der Zeit t dargestellt ist. Aufgrund des positiv ansteigenden Impulses wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 7 durch den über den Basisvorwiderstand 8 flies­ senden Basisstrom in den leitenden Zustand gesteuert. Die negativen Impulse werden durch die Diode 9 gegen den Masse­ bezugspunkt kurzgeschlossen. Sobald zwischen dem Punkt A in der Schaltung nach Fig. 1 und dem Massebezugspunkt durch den ansteigenden positiven Impuls ein bestimmter, durch ent­ sprechende Schaltung am Schwellwertschalter 6 vorgegebener Spannungspegel U _x erreicht wird, spricht der elektro­ nische Schwellwertschalter 6 an und legt die Basis des Transistors 7 auf den Massebezugspunkt. Dadurch wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors in den sperrenden Zustand gesteuert, so daß der Kollektorstrom und somit auch der Primärstrom durch die Primärspule 4 a unterbrochen wird. Das hat zur Folge, daß auch das Magnetfeld zusammenbricht und somit in der Sekundärspule 4 b ein Hochspannungsimpuls induziert wird, der an der Zündkerze 1 einen Funkenüberschlag erzeugt. Der entsprechende Stromverlauf in der Primärspule ist in Fig. 4 verdeutlicht.

Kehrt sich jedoch die Betriebsdrehrichtung aufgrund einer Störung um, so induziert der auf dem Rotor angeordnete Per­ manentmagnet 3 in der Primärspule 4 a einen Spannungsver­ lauf, wie er in Fig. 5 wiedergegeben ist. Aus einem Vergleich der Fig. 5 mit Fig. 4 ergibt sich, daß in der Rückwärtsdreh­ richtung die Amplitudenhöhen von positivem und negativen Impuls vertauscht sind. Da nach dem Induktionsgesetz die induzierte Spannung in der Primärspule proportional mit der Schnittgeschwindigkeit des rotierenden Permanentmagneten ansteigt, ergibt sich als Folge, daß der vorgegebene Schwell­ wert U _x am Schwellwertschalter bei Rückwärtsdrehrichtung erst bei einer höheren Drehzahl erreicht wird.

Ferner zeigt die Praxis, daß der Drehzahlabstand beim Starten des Zünders zwischen der Startdrehzahl in Betriebsdrehrichtung und der Startdrehzahl in Rückwärtsdrehrichtung immer geringer wird, je niedriger der Triggerpegel U _x am Schwellwert­ schalter gelegt wird. Daraus resultiert für niedrige Start­ drehzahleinstellung in Betriebsdrehrichtung das Problem eines unzureichenden Sicherheitsabstandes in Form des Drehzahlab­ standes zur Startdrehzahl in Rückwärtsdrehrichtung. Das heißt, es kann bereits bei vergleichsweise niedriger Drehzahl in Rückwärtsdrehrichtung ein Zündfunke erzeugt werden.

Dies vermeidet jedoch eine Magnetanordnung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Aus einem Vergleich von Fig. 6 mit Fig. 2 ergibt sich, daß eines der Polschuhpakete länger ausgebildet ist und zwar insbesondere gemäß Fig. 6 durch eine Fahne 12 nach hinten und damit entgegen der Betriebsdrehrichtung ver­ längert ist. Die Fahne 12 ist einstückig mit den Blechen des Polschuhpaketes 11 ausgebildet. Wie Fig. 6 zeigt, sind am rückwärtigen Teil der Fahne 12 die Bleche ebenso wie bei 13 auch bei 14 vernietet oder sonstwie befestigt.

Die Länge des Polschuhpaketes 11 unter Einschluß der Fahne 12 ist so bemessen, daß beim Vorbeilauf des Polschuhpaketes 11 ein Kurzschluß benachbarter Transformatorschenkel des Trans­ formators der Zündvorrichtung bewirkt wird.

Dies wird im einzelnen anhand der Fig. 7 bis 10 erläutert, wobei dort der Rotor 2 in normaler Betriebsdrehrichtung ent­ sprechend Pfeil F umläuft.

Sobald das vorlaufende Polschuhpaket 10 den Schenkel 15 des Transformatorkernes 5 zum Zeitpunkt t 1 erreicht, beginnt die Spannung entsprechend Fig. 11 zu steigen, wobei das Spannungs­ maximum zum Zeitpunkt t 2 bei der Stellung des Magneten 3 nach Fig. 8 erreicht wird. Die Spannungswerte für die Positionen des Magneten 3 zu dem Zeitpunkt t 3 und t 4 sind gleichfalls in Fig. 11 dargestellt.

Die Fig. 7 bis 10 zeigen, daß in Betriebsdrehrichtung die positiven Impulse auch bei Verwendung des nach Fig. 6 ausge­ bildeten Permanentmagneten 3 unverändert bleiben und somit die Verhältnisse für die Zündung nicht verändert werden.

Die analoge Positionen darstellenden Fig. 12 bis 15 zeigen, daß hingegen in Rückwärtsdrehrichtung eine Begrenzung der positiven Werte der Primärspannung bedingt wird, was eine er­ höhte Rückdrehsicherheit zur Folge hat.

In der Zeit t 5 bis t 7 steigt der Streufluß vom Permanent­ magnet 3 im Transformatorkern 5 der Zündvorrichtung an und bewirkt den positiven Spannungsanstieg in der Primärspule nach dem in Fig. 16 dargestellten Verlauf der Primärspannung. Zum Zeitpunkt t 6 erreicht die Fahne des Polschuhpaketes 11 die innere Kante des zweiten Schenkels des Transformator­ kernes 13, so daß der magnetische Kurzschluß eingeleitet wird. Bis zum Zeitpunkt t 7 überdeckt die Fahne beide Schenkel des Transformatorkernes 3, der somit kurzgeschlossen ist. Das heißt, ab Zeitpunkt t 7 steigt die Primärspannung nicht weiter an, so daß auch kein entsprechend hoher Zündimpuls erzeugt werden kann. Daß zwischen t 6 und t 7 trotz dem magnetischen Kurzschluß durch die Fahne ein Spannungsanstieg in der Primär­ spule zu verzeichnen ist, resultiert daraus, daß die beiden Schenkel des Transformatorkernes 3 auf unterschiedlichem magnetischen Potential sich bewegen. Dies ist auf die geo­ metrische Ausbildung des mit der Fahne verlängerten Polschuh­ paketes zurückzuführen. Zum Zeitpunkt t 8 läuft die Kante des gegenüberliegenden Polschuhpaketes 10 in den ersten Eisen­ schenkel ein, so daß der magnetische Kreis zwischen dem Permanentmagnet und dem Transformatorkern geschlossen wird. Dadurch dreht sich der magnetische Fluß um und es ergibt sich der Verlauf gemäß Fig. 16. Es zeigt sich mithin, daß infolge der Fahne in Rückwärtsdrehrichtung die positive Primärspannung auf einen vergleichsweise niedrigeren Wert begrenzt wird, was zur Folge hat, daß kein für die Auslösung eines Zündfunkens ausreichender Impuls zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird.

Claims (3)

1. Zündvorrichtung mit einem Zündtransformator und mindestens einem an den Schenkeln des Transformatorkernes periodisch vorbeigeführten, insbesondere auf einem Rotor angeordneten Permanentmagnet mit zwei insbesondere als Polschuhpakete ausgebildeten Flußleitstücken, dadurch gekennzeichnet, daß das in Betriebsdrehrichtung nachlaufende Polschuhpaket (11) mit einer Länge ausgebildet ist, daß das nachlaufende Polschuhpaket (11) beim Vorbeilauf an den Schenkeln des Transformatorkernes (3) diese magnetisch kurzschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nachlaufende Polschuhpaket (11) durch eine Fahne (12) nach rückwärts verlängert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nachlaufende Polschuhpaket (11) im wesentlichen eine den Abstand benachbarter Schenkel des Transformator­ kernes (3) überbrückende Länge aufweist.