DE4341963A1 - Magnetzündanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetzündanlage für eine Ver­ brennungskraftmaschine, insbesondere eine Motorkettensäge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Magnetzündanlage der angegebenen Gattung ist in der DE 36 30 723 C2 offenbart. Ein mit der Kurbelwelle umlau­ fendes Polrad weist in einem Abschnitt einen Dauermagneten auf, der in einer bestimmten Winkelstellung des Polrades einem U-förmigen Ladeanker mit Ladespule gegenübersteht. Durch die Flußänderung in dem sich schließenden und öffnen­ den magnetischen Kreis zwischen Dauermagnet und Ladeanker wird in einer Spule eine elektrische Spannung induziert, die zur Aufladung eines Kondensators genutzt wird. Zu einem definierten Zündzeitpunkt - welcher von der induzierten Spannung abgeleitet sein kann - wird der Kondensator über eine Zündspule entladen, die einen Zündfunken an einer im Verbrennungsraum angeordneten Zündkerze auslöst.

Der im Polrad angeordnete Dauermagnet ist gegenüber dem Um­ fang des Polrades um einen geringen Betrag radial nach innen versetzt und mit zwei Polschuhen versehen. Die Pol­ schuhe bestehen aus magnetisch leitfähigem Material und er­ strecken sich bis zum Außenmantel des Polrades, wodurch die Ausbildung eines magnetischen Kreises zwischen Dauermagnet und Ladeanker möglich ist. Um die beim Umlauf des Polrades entstehenden Zentrifugalkräfte abzustützen, müssen die Pol­ schuhe und der Dauermagnet in geeigneter Weise gehalten sein.

Das Polrad muß zur sicheren Aufnahme und Halterung der Pol­ schuhe und des Dauermagneten entsprechend steif und schwer ausgebildet sein, was sich nachteilig auf das Gesamtgewicht des Verbrennungsmotors auswirkt und insbesondere bei hand­ geführten Arbeitsgeräten wie beispielsweise Motorketten­ sägen nachteilig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Magnetzündanlage derart weiterzubilden, daß bei leichter Ausbildung des Polrades und hohem magnetischen Fluß die wirkenden Zentrifugalkräfte sicher abgestützt sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Magnetzündanlage nach dem Gat­ tungsbegriff mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch den am Polrad angeordneten Magnetträger aus magne­ tisch leitfähigem Material kann auf den Einbau von Pol­ schuhen verzichtet werden, was eine Gewichtsersparnis und konstruktiv eine Vereinfachung darstellt. Die Aufgabe der Polschuhe, das magnetische Feld zu bündeln, wird von den im Bereich des magnetischen Kreises liegenden Teilen des Mag­ netträgers übernommen. Durch die Ausbildung des Magnetträ­ gers aus magnetisch leitfähigem Material entsteht zwar ein magnetischer Nebenschluß, der aber durch konstruktiv schmal ausgebildete und dadurch magnetisch gesättigte Wandteile verläuft, daher begrenzt und somit tolerierbar ist.

In einer einfachen Ausführungsform kann das Polrad mit dem Magnetträger ein einstückiges Bauteil bilden, so daß zu­ sätzliche Befestigungen für den Magnetträger entfallen können.

Es kann auch vorteilhaft sein, Polrad und Magnetträger ge­ trennt auszubilden, wobei das Polrad aus magnetisch nicht leitfähigem Material geringer Dichte, vorzugsweise Kunst­ stoff besteht, so daß die Anordnung ein geringes Gewicht aufweist.

Im Magnetträger können Aufnahmetaschen vorgesehen sein, welche die Dauermagnete radial halten und gegen Fliehkräfte sichern. Die Aufnahmetaschen können in Umfangsrichtung eine größere Länge besitzen als die darin eingesteckten Dauerma­ gnete, so daß in Umfangsrichtung mindestens ein Bereich ge­ ringer magnetischer Leitfähigkeit im Endbereich einer Auf­ nahmetasche definiert ist, durch den der zeitliche Verlauf der induzierten Spannung beeinflußbar ist. Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der induzierten Spannung ergibt sich durch Variation des Luft­ spaltes zwischen Joch und Magnetträger.

In einer anderen Ausgestaltung sind mehrere Dauermagnete in Umfangsrichtung hintereinander von dem Magnetträger gehal­ ten, um ein gewünschtes magnetisches Feld zu erhalten. Vor­ zugsweise liegen zwei Einzelmagnete in einem bestimmten Abstand, der auf den Ladeanker und den gewünschten Verlauf der induzierten Spannung abgestimmt ist, in Drehrichtung des Polrades hintereinander.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie vorteilhafte Ausge­ staltungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Motor­ kettensäge mit geschnittener Magnetzündanlage,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung die Magnetzünd­ anlage aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Aufnahmetasche mit darin gehaltenem Dauermagnet,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der magnetischen Feldlinien eines Dauermagnetenpaares,

Fig. 5 schematisch einen Spannungsverlauf einer induzierten Spannung bei sich drehendem Polrad,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Magnetträgers mit tra­ pezförmigem Dauermagnetenpaar,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Magnetträger mit einem Dauermagneten größerer Breite als der Magnet­ träger,

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Magnetträger mit axial verschobenen Dauermagneten,

Fig. 9 eine Seitenansicht auf eine Aufnahmetasche mit trapezförmigem Dauermagneten,

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Magnetträger mit trapezförmigem Dauermagneten,

Fig. 11 eine Seitenansicht eines Magnetträgers mit konvex ausgeführtem Dauermagneten,

Fig. 12 eine Seitenansicht eines Magnetträgers mit zwei schräg angeordneten Dauermagneten,

Fig. 13 eine Seitenansicht eines Magnetträgers mit einem Dauermagnetpaar und einem die Dauer­ magneten verbindenden Polschuh.

Die erfindungsgemäße Magnetzündanlage kann besonders vor­ teilhaft in Motorkettensägen mit fremdgezündetem Verbren­ nungsmotor eingebaut werden. In Fig. 1 ist eine derartige Motorkettensäge 8 schematisch dargestellt, die ein Säge­ blatt 10 mit umlaufender Sägekette 11 aufweist und an zwei Handgriffen 12 von der Bedienungsperson geführt wird. Die Sägekette 11 ist über eine hier nicht dargestellte Kupplung mit der angetriebenen Kurbelwelle 14 verbunden, auf der auch ein Belüfter oder Polrad 1 sitzt. Auf dem Polrad 1 ist ein Magnetträger 2 angeordnet, der zur Aufnahme von zwei in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Dauermagneten 3, 3′ dient. Polrad 1 und Magnetträger 2 laufen in Richtung des Pfeiles 15 um und befördern das Dauermagnetpaar 3 bzw. 3′ an einem Ladeanker 5 vorbei, in dessen Ladespule 6 durch die Änderung des magnetischen Flusses eine Spannung indu­ ziert wird. Die induzierte Spannung ist einer Steuer- und Speichereinheit 13 zugeführt, die über nicht näher darge­ stellte Schaltungselemente wie beispielsweise Kondensatoren eine Energiespeicherung bewirkt und über eine Zündspule zu einem definierten Zeitpunkt die Zündung auslöst. Die Steuer- und Speichereinheit 13 kann auch mit der Ladespule 6 eine Einheit bilden.

Gemäß der Erfindung besteht der Magnetträger 2 aus magne­ tisch leitfähigem Material wie beispielsweise ferromagne­ tischem Weicheisen, welches die Ausbildung eines magnetisch geschlossenen Kreises zwischen einem oder mehreren Dauer­ magneten und dem Ladeanker 5 erlaubt. Um Verluste aufgrund der magnetischen Leitfähigkeit des Magnetträgers so gering wie möglich zu halten, muß der im Bereich des magnetischen Nebenschlusses liegende Wandbereich des Magnetträgers 2 magnetisch gesättigt sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies die Bereiche 17 und 18 bzw. 17′ und 18′. Die von den Dauermagneten 3 bzw. 3′ in Nord- Süd-Richtung aus­ gehenden magnetischen Feldlinien bilden mit dem Ladeanker 5 einen magnetischen Hauptfluß 19, wohingegen in den axialen Randbereichen der Dauermagnete ein magnetischer Nebenschluß 16 entsteht, der aufgrund der schmalen, stegartig ausge­ bildeten und im Sättigungsbereich liegenden Wandbereiche 17, 18 bzw. 17′, 18′ gering ist.

Das Polrad 1 und der Magnetträger 2 können entweder als einstückiges Bauteil aus magnetisch leitfähigem Material bestehen oder, gemäß einer anderen Ausführungsform, als zwei getrennte Bauteile angefertigt sein, wobei in diesem Fall das Polrad 1 vorteilhaft aus magnetisch nicht leit­ fähigem Material, beispielsweise Kunststoff, besteht, siehe Fig. 2. Außer Kunststoff kann selbstverständlich beinahe jedes beliebige Material für das Polrad 1 verwendet werden, solange die Forderung nach einem geringen Eigengewicht er­ füllt ist. Besonders bei Arbeitsgeräten mit Kleinmotoren der hier gezeigten Art ist es im Sinne einer hohen zur Ver­ fügung stehenden Arbeitsleistung wichtig, daß die bewegten Massen so gering wie möglich gehalten sind.

Sowohl in der einstückigen als auch in der hier gezeigten zweiteiligen Ausführung ist es sinnvoll, für eine weitere Gewichtsreduzierung den Magnetträger mit Speichen und zwi­ schen den Speichen liegenden Hohlräumen auszustatten. Für eine sichere Lagerung der Dauermagnete 3 und 3′ im Magnet­ träger 2 ist dieser mit Aufnahmetaschen 9 bzw. 9′ versehen, in die Dauermagnete 3 bzw. 3′ beispielsweise axial einge­ schoben werden und somit insbesondere gegen Fliehkräfte sicher gehalten sind. Es ist aber auch möglich, die Auf­ nahmeöffnungen 9 und 9′ in Form einer Hinterschneidung an­ zuordnen. Die Aufnahmetaschen können in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung als der Dauermagnet aufweisen, so daß ein Luftspalt 4 definiert ist, durch den der Amplitu­ denverlauf des Magnetfeldes längs des Umfanges des Magnet­ trägers verändert werden kann.

Die Anzahl der in Umfangsrichtung des Magnetträgers 2 hin­ tereinander angeordneten Dauermagnete 3 kann stark variie­ ren und hängt von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der Stärke der zu induzierenden elektrischen Spannung ab. Im Ausführungsbeispiel sind zwei hintereinander angeordnete Dauermagnete 3 und 3′ gezeigt. Um beim Umlaufen des Pol­ rades 1 und des Magnetträgers 2 eine Unwucht in Folge der unsymmetrischen Anordnung der Dauermagnete zu vermeiden, kann es sinnvoll sein, zum Ausgleich der Unwucht am Polrad oder am Magnetträger im radial gegenüberliegenden Bereich der Dauermagnete ein die Unwucht ausgleichendes Gegenge­ wicht anzubringen. Dagegen gibt es bei einer symmetrischen Anordnung der Dauermagnete keine Unwuchtsprobleme.

Zur gezielten Beeinflussung des Verlaufes der induzierten Spannung wird vorteilhaft das von den Dauermagneten erzeug­ te magnetische Feld durch einfache, konstruktive Maßnahmen beeinflußt. Eine solche Maßnahme liegt beispielsweise da­ rin, einen Luftspalt im magnetischen Kreis einzubringen, dessen Permeabilität im Vergleich zum magnetisch leitfähi­ gen Material deutlich geringer ist. Diesen Luftspalt erhält man auf einfache Weise, wenn, wie in Fig. 12 gezeigt, die Mantellinie des Magnetträgers 2 nicht als koaxialer Kreis ausgebildet ist. Ist ein Feldverlauf am Umfang des Magnetträgers mit Halbwellen erwünscht, die breiter sind als die Breite der Dauermagnete, so können diese Halbwellen erzeugt werden, indem die Aufnahmetaschen der Dauermagnete breiter gestaltet werden als die Breite der Dauermagnete. Der Verlauf der induzierten Spannung weist gemäß Fig. 5 pro Umlauf des Polrades drei Halbwellen unterschiedlicher Am­ plitude m₁, m₂, m₃ und Breite auf, wobei die mittlere Halb­ welle mit der Amplitude m₂ entsteht, wenn die Dauermagnete mit den beiden Armen des Ladeankers 5 in Eingriff stehen.

Der Verlauf der induzierten Spannung über der Zeit kann vorteilhaft auch durch andere konstruktive Maßnahmen beein­ flußt werden. Außer einer unterschiedlichen Anzahl an hin­ tereinander angeordneten Dauermagneten unterschiedlicher Magnetisierungsstärke kann das magnetische Feld durch un­ terschiedliche geometrische Formen der Dauermagnete sowie verschiedene Positionen im Magnetträger beeinflußt werden.

Die Dauermagneten 3 und 3′ können in einer vorteilhaften Ausgestaltung radial über die äußere Mantellinie 20 des Magnetträgers 2 überstehen (siehe Fig. 6). In der gleichen Figur haben die Dauermagnete in Seitenansicht eine trapez­ förmige Gestalt, wobei die Seite 21 mit kürzerer Länge radial weiter außen im Magnetträger 2 liegt, so daß ein radiales Entweichen aufgrund der beim Umlaufen entstehenden Fliehkräfte verhindert wird.

In einer anderen Ausführungsform kann der Dauermagnet 3 in Axialrichtung der Kurbelwelle eine größere Breite b aufwei­ sen als der Magnetträger 2 (vgl. Fig. 7 und 8), was neben der Beeinflussung des magnetischen Feldes auch den Vorteil der weiteren Gewichtsreduzierung hat. Dabei kann der Dauer­ magnet 3 asymmetrisch zur Mittelebene 22 des Magnetträgers 2 angeordnet sein (Fig. 8).

In einer weiteren Ausführungsform weist der Dauermagnet 3 in Umfangsrichtung des Magnetträgers 2 eine sich ändernde Breite auf. Beispielsweise kann der Dauermagnet in Drauf­ sicht trapezförmig gestaltet sein, wobei asymmetrische und symmetrische Formen möglich sind (siehe Fig. 9 und 10). Auch der Dauermagnet nach Fig. 11 hat eine über seine Länge gesehen nicht konstante Breite, indem die der Mantellinie 20 des Magnetträgers 2 zugewandte Außenseite des Dauermag­ neten konvex geformt ist. Die konvexe Seite des Dauermag­ neten kann dabei vorteilhaft in konzentrischem Abstand zur Mantellinie 20 liegen.

In einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 12 können die Dauermagnete so angeordnet sein, daß ihre Längsachsen 23 nicht tangential zu einem gedachten Kreis 24 um den Kurbel­ wellenmittelpunkt liegen, sondern gegenüber dieser Position um einen bestimmten Winkel verdreht sind und demnach den Kreis 24 schneiden. Der gleichen Figur ist auch zu entneh­ men, daß der zwischen Magnetträger 2 und Ladeanker 5 lie­ gende Luftspalt über den Umfang des Magnetträgers eine sich ändernde Breite aufweisen kann. Die äußere Mantellinie 20 kann eine von der Kreisform abweichende Gestalt haben, um beispielsweise durch einen als Ausnehmung 26 geformten Luftspalt das magnetische Feld zu beeinflussen.

Eine andere Möglichkeit in der Beeinflussung des Magnet­ feldes liegt in der Verwendung von Polschuhen, die vorteil­ haft aus magnetisch leitfähigerem Material als der Magnet­ träger 2 gefertigt sind. Da die Polschuhe nicht zwingend eine Haltefunktion für die Dauermagnete ausüben, können sie mit einfach durchzuführenden Haltemaßnahmen ähnlich wie die Dauermagnete am Magnetträger befestigt sein. Gemäß Fig. 13 verbindet ein Polschuh 25 die radial innen liegenden Seiten der Dauermagnete 3 und 3′.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind in Umfangsrich­ tung des Magnetträgers vorteilhaft zwei Permanentmagnete angeordnet. Es kann auch ausreichend sein, lediglich einen bevorzugt stärkeren Permanentenmagneten anzuordnen, um dann durch entsprechende konstruktive Gestaltung des Magnet­ trägers einen zweiten, dem Ladeanker gegenüberliegenden, Pol auszubilden. Sofern es die gewünschte Form des indu­ zierten Spannungssignals erfordert, sind auch mehrere in Umfangsrichtung des Magnetträgers aufeinanderfolgende, ins­ besondere benachbart liegende Permanentmagnete zweckmäßig.

Claims (16)

1. Magnetzündanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Motorkettensäge, bestehend aus:

• - einem Polrad, das mit der Kurbelwelle des Motors um­ läuft,
• - mindestens einem Dauermagneten, der mit dem Polrad umläuft und in einem gehäusefesten Ladeanker mit Lade­ spule eine Spannung induziert, die einem Energiespei­ cher zugeführt ist
• - und einem am Polrad angeordneten Magnetträger zur Aufnahme des Dauermagneten,

dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetträger (2) aus magnetisch leitfähigem Material besteht und daß der im Kreis des magnetischen Nebenschlusses liegende Wandbe­ reich (17, 18; 17′, 18′) des Magnetträgers (2) magne­ tisch gesättigt ist.

2. Magnetzündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad (1) mit dem Magnet­ träger (2) ein einstückiges Bauteil bildet.

3. Magnetzündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad (1) aus magne­ tisch nicht leitfähigem Material, vorzugsweise Kunst­ stoff, besteht.

4. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Magnetträger (2) eine den Dauermagneten (3) fassende Aufnahmetasche (9) vorge­ sehen ist.

5. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung des Magnetträgers (2) hintereinander mehrere, vorzugsweise zwei Dauermagneten (3, 3′) angeordnet sind.

6. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmetasche (9) in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung als der Dauer­ magnet (3) aufweist, durch die der Amplitudenverlauf des Magnetfeldes längs des Umfanges des Magnetträgers ver­ ändert werden kann.

7. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (3) radial über die äußere Mantellinie (20) des Magnetträgers (2) übersteht.

8. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (3) in Seitenansicht derart trapezförmig gestaltet ist, daß die Seite (21) mit kürzerer Länge radial weiter außen im Magnetträger (2) liegt.

9. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (3) in Axialrichtung der Kurbelwelle (14) eine größere Breite (b) aufweist als der Magnetträger (2).

10. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (3) asym­ metrisch zur Mittelebene (22) des Magnetträgers (2) an­ geordnet ist.

11. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (3) in Umfangsrichtung des Magnetträgers (2) eine sich ändern­ de Breite aufweist.

12. Magnetzündanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (3) in Draufsicht trapezförmig gestaltet ist.

13. Magnetzündanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite des Dauermagneten (3) konvex gestaltet ist.

14. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (23) des Dauermagneten (3) einen gedachten Kreis (24) um den Kurbelwellenmittelpunkt schneidet.

15. Magnetzündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Magnetträger (2) und Ladeanker (5) liegende Luftspalt (26) über den Umfang des Magnetträgers (2) eine sich ändernde Breite aufweist.