DE2361095A1 - Einrichtung zur erzeugung eines elektrischen wechselsignals - Google Patents
Einrichtung zur erzeugung eines elektrischen wechselsignalsInfo
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Description
Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines
elektrischen Weehselsignals, dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit einer drehenden Welle ist, insbesondere
zur Verwendung für den Verteiler eines unterbrecherlosen Ztind*
systems von mehrzylindrigen Verbreniiungskraftmasehinen.
Die meisten bis heute benutzten Zündsysteme für mehrzylindrige
Verbrennungskraftmaschinen haben einen Verteiler, bei dem
zur Erzeugung der Zündfunken Unterbrecherkontakte vorgesehen sind. Solche ynterbrecherkontakte wurden dagegen nicht in den
neueren elektronischen Zündsystemeri benötigt, weiche aber andererseits mit einer Einrichtung der vorgenannten Art ausgerüstet sein müssen, um damit die Zeiten oder Augenblicke
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kenntlich zu machen, in welchen in den einzelnen Brennkammern
der Maschine der jeweilige Zündfunke erzeugt werden soll. Die fragliche Welle leitet dabei ihren Antrieb von der betreffenden
Verbrennungskraftmaschine ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Vergleich zu den bisher entwickelten Wechselsignal-Erzeugern einfachere
und weniger störanfällige Einrichtung der eingangsgenannten
Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine die besagte Welle umgebende, ortsfest gehaltene Lagerbuchse für die
Nabe einer Statorgruppe, die weiterhin eine an dieser Nabe befestigte,
quer zu deren Drehachse ausgerichtete Statorplatte umfaßt, an welcher ein für die Erzeugung eines quer zu dieser
Platte ausgerichteten Magnetfeldes polarisierter Dauermagnet, ein mit einem Polstück versehener Stator und eine an diesem
Polstück angeordnete Statorspule befestigt sind, wobei mit der Welle auch ein Läufer oder Anker drehfest verbunden ist, der
wenigstens einen radialen Polzahn aufweist, welcher zur Erzeugung eines Wechselsignals an den beiden Anschlußdrähten der
Statorspule periodisch an dem Polstück des Stators vorbeibewegt wird.
Sofern diese Einrichtung für den Verteiler eines unterbrecherlosen
Zündsystems von mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen ausgebildet wird, sollte der besagte Läufer oder Anker
zweckmäßig eine der Zylinderzahl entsprechende Zahl ν on Polzähnen haben, so daß dabei dann jeder Polzahn ein solches elektrisches Wechselsignal erzeugt, das dann in dem angeschlossenen
Zündsystem die Erzeugung eines Zündfunkens in dem betreffenden Zylinder auslöst. .
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den darauf
bezogenen Ansprüchen erfaßt.
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Eine augenblicklich bevorzugte Ausführungsform ist in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt .
Fig. 1 einen Längsschnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2 durch
einen Zündverteiler für eine mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschine,
wobei an dem oberen Ende der Zündwelle die erfindungsgemäße Einrichtung, zur Erzeugung
eines elektrischen Wechselsignals angeordnet ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zündverteiler gern,, Fig. 1,
Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie j5-3 in Fig. 1,
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf die Statorgruppe
der in FIg0 1 gezeigten Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Wechselsignale, .
Fig. 5 in gleichem Maßstab eine teilweise geschnittene Seitenansicht
der Statorgruppe gem. Fig. 4,
Fig. 6 in gleichem Maßstab eine Perspektivansicht der in den
Fig. 4 und 5 gezeigten Statorgruppe und
Fig. 7 in einer schaubildlichen Darstellung die Wellenform des
mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugten Wechselsignals.
Der in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Zündverteiler hat
ein Gehäuse 12, in welchem ein Zylinderlager 14. zur drehbaren Lagerung einer Welle 16, 18 angeordnet ist. Diese Welle hat zwei
unterschiedliche Durchmesserbereiche, die jeweils mit spiralförmigen Schmiernuten versehen sind„Am unteren Ende des im
Durchmesser größeren Wellenteils 16 ist ein Antriebsritzel 20 angeordnet, das mit einem von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen
Zahnrad im Zahneingriff steht. Am oberen Ende des
im Durchmesser kleineren Wellenteils 18 ist eine Hülse 22 aus
ferromagnetischem Material angeordnet, die an der Welle durch
einen Drahtring 24 gehalten wird. Die Hülse 22: ist um die Wellenachse
drehbar, wobei zur Steuerung dieser Relativdrehuhg ein üblicher, in seiner Gesamtheit mit 26 bezeichneter Zentri-
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fugalmechanisraus vorgesehen ist.
Der Zentrifugalmechanismus 26 besteht aus einer Platte 28, die mit der Welle 16, 18 drehfest verbunden ist-. Eine weitere Platte
30 ist an der Hülse 22 befestigt. Die Platten 28, 30 sind
mittels zweier Federn J>2 und J>K miteinander gekoppelt. Damit
die Platte 30 und die Hülse 22 um die Platte 26 und die Welle
16, 18 drehen können, sind zwei Gewichte 36 und 38 vorgesehen,
die an der Platte 28 schwenkbar angeordnet sind und eine Kraft erzeugen, welche der Kraft der Federn 32, 3^ entgegengerichtet
ist. Dadurch sind die Platte 30 und die Hülse 22 versucht, sich relativ zu der Welle 16, 18 zu drehen. Die Größe dieser
Kraft ist dabei selbstverständlich proportional der Winkelgeschwindigkeit der Welle 16, 18, und sobald es zu der besagten
Relativdrehung zwischen der Hülse 22 und der Welle 16, 18 kommt, wird dadurch in bekannter Weise der. Zündzeitpunkt vorgestellt.
Zum vereinfachenden Verständnis der vorliegenden Erfindung kann davon ausgegangen werden, daß die Hülse 22 mit
der Welle l6, l8 drehfest verbunden ist»
Der Zündverteiler 10 ist ohne die übliche Kappe und den üblichen Hochspannungs-Verteilerrotor gezeigt. Diese beiden Teile
vervollständigen natürlich die Konstruktion dieses Verteilers, wobei die Kappe die übliche Vielzahl elektrischer Kontakte hat,
an welche die zu den Zündkerzen der mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine
führenden Hochspannungskabel angeschlossen sind. Der Hochspannungs-Verteilerrotor wäre an der Hülse 22 befestigt
und würde die Hochspannung von der üblichen" Zündspule abnehmen, um sie an die einzelnen, zu den Zündkerzen führenden
Kabel zu verteilen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsigrials, dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit
der drehenden Welle 16, I9 ist, ist in ihrer Gesamtheit mit 40 bezeichnet. Die besagte Frequenz ist dabei
gleich der Drehzahl der Welle 16, I9 in Umdrehungen je Sekunde ,
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multipliziert mit der Zylinderzahl der Verbrennungskraftmaschine. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel ist für eine Maschine
mit acht Zylindern vorgesehen.
Die Einrichtung 40 besteht aus einem mittels eines Walzenzapfens
46 mit der Hülse 22 drehfest verbundenen Läufer oder Anker 42 und aus einer in ihrer Gesamtheit mit 44 bezeichneten Statorgruppe.
Der Läufer oder Anker 42 wird mittels eines Drahtringes
48 an der Hülse 22 gehalten. Er ist aus einem gesinterten Material
hoher Permeabilität gefertigt und hat insgesamt acht radial
ausgerichtete Polzähne 50, deren Zahl damit gleich äer
Zylinderzahl der Maschine ist. Die radiale Länge dieser Polzähne 50 sollte Vorzugsweise etwa das 5- bis 15-fache der Abmessung
eines Luftspaltes 51 sein, welcher zwischen diesem Läufer
oder Anker 42 und einem Polstück 86 der Statorgruppe 44 geschaffen
ist, um damit ein Signal der erwünschten Größenordnung zu erhalten. Der besagte Luftspalt 5I sollte zum gleichen
Zweck eine Größe zwischen 1,5748 mm (0,062") und. 0,5842 mm
(0,023") haben, wobei das Mittel zwischen diesen beiden Grenzwerten
zu bevorzugea ist. Hinsichtlich dieser Größenordnung , des zwischen den Polzühnen 50 und des PolstUckes 86 geschaffenen
Luftspaltes 5I sollte an dieser Stelle darauf hingewiesen
werden, daß in ähnlichen Einrichtungen nach dem Stand der Technik in der Regel ein Luftspalt zwischen 1,524 mm (0,006") und
0,254 mm (0,001M) geschaffen ist, wobei dort eine "Einstellung
dieses Luftspaltes vorgenommen werden muß.
Die Statorgruppe 44 wird mittels einer unteren Platte 52 ortsfest gehalten. Diese untere Platte 52 hat eine zentrale öffnung,
in welcher eine"aus ferr©magnetischem Material bestehende Lagerbuchse
54 angeordnet ist. Der Wellenteil 18 kann sich in
dieser Lagerbuchse 54 frei drehen. Die Platte 52 ist mittels
Schrauben 56 an dem Gehäuse 12 befestigt, Die Lagerbuchse 54
erhebt sich mit einer Teillänge über die Platte 52 und ist aussen mit Sohmiernuten 53 versehen, die eine Schmierung der durch
öiese.Lagerbuchse gelagerten Nabe 58 der Statorgruppe 44 ergeben.
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Die Statornabe 58 ist mittels eines Drahtringes 60 an der Lagerbuchse 54 gehalten. Auch sie besteht aus ferromagnetischem
Material und kann relativ zu der Lagerbuchse 54 gedreht werden.
Die Statorgruppe 44 umfaßt weiterhineine unregelmäßig geformte, ebenfals aus ferromagnetischem Material bestehende Platte 62,
die parallel zu der Platte 52 angeordnet ist, einen Dauermagneten
64, einen Stator 66 und eine Abnehmerspule 68. Die obere Platte 62 ist mittels einzelner Verankerungen 70 an der Nabe 58 befestigt. Ein parallel zu der Wellenachse ausgerichteter
Stift 72, der an der Platte 62 befestigt ist, ist über ein
Gestänge 74 mit einem Vakuummotor 76 verbunden, der zusätzlich
zu dem vorerwähnten Zentrifugalmechanismus 26 vorgesehen sein kann, um eine Zündverzögerung bzw. eine Vorzündung zu steuern.
Sofern dieser Motor 76 betätigt wird, wird folglich die Platte 62 und damit die Nabe 58 sowie alle restlichen Teile der Statorgruppe
44 um die Lagerbuchse 54 in der einen oder anderen
Richtung gedreht.
Der Dauermagnet 64 ist bogenförmig gestaltet und besteht vorzugsweise
aus einem ferritischen Material, wie beispielsweise einem gesinterten, keramischen Strontium-Perrit. Er wird vorzugsweise
erst nach dem Zusammenbau dieser Statorgruppe 44 und deren Befestigung an der Lagerbuchse 54 magnetisiert, wobei
das magnetische Feld senkrecht durch die Platte 62 gehen sollte. Die obere Fläche 78 des Dauermagneten 64 stellt sich
dann also als ein Südpol dar, während die mit der Platte 62 in Berührung gehaltene untere Fläche den Nordpol darstellt.
Die Verbindungslinie zwischen diesen beiden Polen würde folglich senkrecht auf der durch die Platte 62 geschaffenen Ebene
stehen. Der Dauermagnet 64 ist vorzugsweise für eine Induktion von etwa 56ΟΟ Gauss magnetisiert.
Der Stator 66 und der Dauermagnet 64 sind mittels Nieten 80,
82 unverstellbar an der Platte 62 befestigt. Um bei diesem Vernieten eine Beschädigung des Dauermagneten zu vermeiden,
sollten die Nieten 80, 82 vorzugsweise mittels des bekannten
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Wirbelverfahrens angeordnet werden. Der Stator 66 sollte ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material bestehen, wobei ein
gesintertes Eisenmaterial mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und einer hohen Permeabilität zu bevorzugen ist. Das.für diesen Stator verwendete Material hat vorzugsweise eine minimale
Dichte von etwa 6,8 g/onr.
An dem ebenfalls gekrümmt ausgeführten Stator 66 ist das vorerwähnte
Polstück 86 befestigt, welches einen rechteckigen Querschnitt aufweist und sich durch die Mitte der Spule 68 hindurch
in einer bezüglich der Achse der Welle 16, 18 rajdialen Ausrichtung
erstreckt. Die Polzähne 50 des Läufers oder Ankers 42 werden
bei der Drehung der Welle 16,„ 18..an*diesem Polstück 86 vorbeibewegt,
wobei besonders darauf hinzuweisen wäre, daß sich dabei die Größe des Luftspaltes 51 nicht ändert, weil die Drehachse
der Statorgruppe 44 mit der Drehachse der Welle 16, 18 zusammenfällt»
Die Abnehmerspule 68 umgibt also das Polstück 86 und ist durch
dieses gehalten. Sie hat vorzugsweise einen Widerstand von etwa βΟΟ bis 700 Ohm, wenn sie aus Kupferdraht der Dicke 39
(American Wire Gauge) mit etwa 4000 bis 4075 Wicklungen gewickelt ist. Die Spule sollte vorzugsweise in ein geeignetes
Isoliermaterial eingekapselt sein, so daß nur ihre Anschlußdrähte 90, 92 frei liegen. An der Spule 68 ist im übrigen ein
Haken -94 ausgebildet, an welchem eine Federklammer 96 angreift,
welche die Spule und das Polstück 86 zusammenhält. Die Achse
der Spule 68 ist im übrigen senkrecht zu der Achse der Welle
16, 18.
Die Anschlußdrähte 90, 92 der Abnehmerspule 68 sind durch eine
isolierte Durchführung 98-durchgeführt, die vorzugsweise aus
PVC hergestellt ist«, Die Anschlußdrähte führen zu einem Stekker 100, an welchen im übrigen ein Erdungsdraht 102 angeschlossen
ist, der mit seinem anderen Ende mit einer der Schrauben 56 Verbindung hat. \"
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Sofern der Läufer oder Anker 42 in Fig. 2 im Uhrzeigergegensinn
gedreht wird, ändert sich dabei der Magnetfluß, so daß er zur Erzeugung einer zeitveränderlichen Spannung an den Anschlußdrähten
90, 92 der Abnehmerspule 68 kommt. Diese Spannung oder
elektromotorische Kraft errechnet sich nach der bekannten Gleichung
E= -N dfrf/dt
wobei E die an den Anschlußdrähten 90* 92 der Abnehmerspule
68 erzeugte elektromotorische Kraft ist, während N die Wicklungszahl
der Spule und ärf/ät der sich in der Zeiteinheit verändernde
magnetische Kraftfluß ist.
Der magnetische Kreis ist mit der gestrichelten Linie 104 in Fig. 6 angedeutet. Er erfaßt den Stator 66 und sein Polstück
86, den mit Polzähnen versehenen Läufer oder Anker 42 und die Welle 16, 18 sowie die obere Platte 62, die mit der unteren
Fläche des Dauermagneten 64 in Berührung gehalten 1st. Ist einer der Polzähne 50 des Läufers oder Ankers 42 mit dem Polstück
86 des Stators 66 ausgerichtet, dann findet zu diesem Zeitpunkt, keine zeitliche Veränderung des magnetischen Kraftflusses statt,
so daß die erzeugte Spannung null ist. In dem grafischen Schaubild
gem. Fig. 7 entspricht dies der Zeit t«O. Sobald sich der
betreffende Polzahn von dem Polstück 86 wegbewegt, wird eine Spannung an den Anschlußdrähten 90* 92 der Spule 68 erzeugt,
wodurch es zu einer Änderung des magnetischen Kraftflusses
kommt. Der magnetische Kraftfluß und damit die" erzeugte Spannung erreichen zu irgendeinem Zeitpunkt ein Maximum und fallen
dann wieder auf null ab, und zwar zu einem Zeitpunkt t « T/2,
zu welchem Zeitpunkt das Polstück 86 genau in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polzähnen 50 des Läufers oder
Ankers 42 liegt. Bei der Weiterdrehung des Läufers oder Ankers 42 findet wiederum eine Änderung des magnetischen Kraftflusses
statt, wobei jetat die erzeugte Spannung eine entgegengesetzte Polarität erhält. Auch diese (negative) Spannung erreicht ein
Maximum und fällt dann wieder auf null ab, und zwar zu dem
Zeitpunkt t « T, wann der nächste Polzahn 50 zu dem Polstüok
86 ausgerichtet wird. Es ist damit sichergestellt, daß mittels
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der vorbeschriebenen Anordnung ein Wechselsignal erzeugt
dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit der
drehenden Welle 16, 18 des Zündverteilers 10 ist.
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Claims (1)
- Ansprüche1.J Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals, dessen Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit einer drehenden Welle ist, insbesondere zur Verwendung für den Verteiler eines unterbrecherlosen Zündsystems von mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen, g e k e η η zeichnet durch eine die Welle (16, 18) umgebende, ortsfest gehaltene Lagerbuchse (54) für die Nabe (58) einer Statorgruppe (44), die weiterhin eine an der Nabe befestigte, quer zu deren Drehachse ausgerichtete Statorplatte (62) umfaßt, an welcher ein für die Erzeugung eines quer zu dieser Platte ausgerichteten Magnetfeldes polarisierter Dauermagnet (64), ein mit einem Polstück (86) versehener Stator (66) und eine an diesem Polstück angeordnete Statorspule (68) befestigt sind, wobei mit der Welle (16, 18) auch ein Läufer oder Anker (42) drehfest verbunden ist, der wenigstens einen radialen Polzahn (50) aufweist, welcher zur Erzeugung eines Wechselsignals an den beiden Anschlußdrähten (90, 92) der Statorspule (68) periodisch an dem Polstück (86) des Stators vorbeibewegt wird,2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer oder Anker (42) eine mit der Zylinderzahl der Verbrennungskraftmaschiiie gleiche Anzahl von Polzähnen (50) aufweist.5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (42), die Lagerbuchse (54), die Statornäbe (58), die Statorplatte (62) und der Stator " (66) aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen und daß der Stator (66) und der Dauermagnet (64) unverstellbar an der Statorplatte (62) befestigt sind, bezüglich deren Drehachse das an dem Stator angeordnete und dabei sich durch die Statorspule (68) hindurch erstreckende Polstück (86) radial ausgerichtet ist.409827/06364. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis J>, dadurch ge kennzeichnet , daß zwischen dem bzw. jedem an dem Polstück (8,6) vorbeibewegten Polzahn. (50) des Läufers oder Ankers "(42) und dem Polstück ein Luftspalt (51)• zwischen 1,5748 mm (0,062!1) und 0,5842 mm-(0,025") geschaf- ■ fen ist. " '- ■ " ■5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Länge des einen bzw« aller Polzähne (50) des Läufers oder Ankers (42) etwa das 5- bis 15-fache der Abmessung des Luftspaltes (51) ist. *6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (54) außen- mit Schmiernuten (53) für die darauf gelagerte Statornabe (58) versehen ist.7. Einrichtung nach einem der Ansprüche J5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (42) an einer die Welle (16, 18) umgebenden Hülse (22) aus ferromagnetischem Werkstoff befestigt ist, deren Drehung um die Wellenachse durch einen ihrer Verbindung mit der Welle dienenden Zentrifugalmechanismus (26) steuerbar ist, wobei weiterhin mit der Statorplatte (62) verbundene Steuermittel (72, 74> 76) für die Drehung der.Statorgruppe (42) um die Lägerbuchse (58) vorgesehen sind.8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch g e kennze i chnet , daß der Dauermagnet (64) aus einem keramischen Ferritmaterial besteht.409827/06 3.6
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