DE3881694T2 - Kleine Maschine für Handwerkzeuge. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kleinen Motor, der für Handwerkzeuge wie Äxte und Kettensägen geeignet ist.
• Herkömmliche große Motoren für Arbeitsmaschinen werden gewöhnlicherweise mit einem selbststartenden Motor gestartet. Motoren dieses Types sind mit einem getrennten kleinen Generator versehen, der durch die Drehung des Motors angetrieben wird zum Ausgleichen der in der Batterie verbrauchten Leistung zu dem Zeitpunkt des Startens des Motors. Das Vorsehen eines Generators ist jedoch äußerst unangebracht bei Motoren, die für Handwerkzeuge wie Äxte und Kettensägen bestimmt sind, da deren Größe durch Minimieren des Gewichtes und des Volumens verringert werden muß und die Leichtigkeit der Handhabung verbessert werden muß.
• Die EP-A-0 043 891 offenbart ein Zündsystem für einen Verbrennungsmotor, welches System einen Zündtransformator enthält, dessen Sekundärwicklung mit einer Zündkerze verbunden ist und dessen Primärwicklung über eine Diode mit einer Batterie verbunden ist. Die Windungen des Zündtransformators werden durch den Startor eines Magnetzünders getragen, dessen Rotor vier permanentmagnete aufweist. Die Rotormagnete induzieren positive und negative Spannungspulse in der Primärwicklung. Die positiven Spannungspulse werden zum Laden der Batterie benutzt und einer der negativen Pulse wird für den Zündfunken benutzt.
• Wie jedoch aus den in Figur 2 der genannten Druckschrift gezeigten induzierten Spannungen zu sehen ist, werden sogenannte monopolare Magnete benutzt, d. h. die Magnetpole "N" und "S" sind abwechselnd mit gleichen Abständen angeordnet. Bei dieser Anordnung haben die Spitzen der negativen und positiven Spannungspulse die gleiche Höhe.
• Die EP-A-0 049 101 offenbart eine Verbrennungsmaschine, bei der zusätzliche Spulen (41 und 43 in Kig. 2) zum Laden der Batterie vorgesehen sind. Dieses macht die Vorrichtung komplizierter und erhöht das Gewicht und die Herstellungskosten.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verbrennungsmaschine vorzusehen, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist, die einfach in der Konstruktion und effektiver ist.
• Dieses Problem wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Mittel gelöst.
• Der kleine Verbrennungsmotor für Handwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Antreiben des selbststartenden Motors mit der elektromotorischen Kraft der wiederaufladbaren Batterie gestartet. Der Auflademechanismus lädt die Batterie auf, in dem effektiv die Ausgangs spannung des Magnetzünders in der Reihen der Polarität benutzt wird, d. h. die elektromotorische Kraft des Magnetzünders in Rückwärtsrichtung, die im allgemeinen nicht zum Zünden des Motors benutzt wird, während der Motor in Drehung ist. Auf diese Weise kann die zum Starten des Motors benutzte Elektrizität der Batterie ausgeglichen werden, während der Motor in Drehung ist, ohne daß ein Leistungsgenerator benutzt wird. Wegen der Motorgröße braucht die Kapazität des selbststartenden Motors für den kleinen Motor nicht sehr groß zu sein. Die Batterie kann ebenfalls von kleiner Kapazität sein, da der Ladestrom nicht sehr hoch ist. Es ist daher möglich, den Auflademechanismus mit zum Beispiel einem Gleichrichter zu konstruieren, der direkt zwischen dem Ausgangsanschluß der Wechselspannung des Magnetzünders und entweder die positiven oder negativen Anschluß der Batterie geschaltet ist, damit das Laden der Batterie durch das Magnetzünderausgangssignal ohne Steuerung bewirkt wird.
• Der Magnetzünder weist gewöhnlicherweise einen mit der Kurbelwelle des Motors verbundenen Rotor und einen Stator mit einer Zündspule gegenüber dem Rotor auf, und der Rotor ist an einer vorbestimmten Position mit einem Magneten befestigt, der eine Wechselspannung für eine Funkenentladung an der Zündspule des Stators erzeugt. der Magnet induziert Spannung an der Zündspule, indem er an der Vorderseite des Stators vorbeigeht, zu einem geeigneten Zeitpunkt während des Kompressionshubes des Motors. Damit weiter elektromotorische Kraft zum Laden sichergestellt wird, ist mindestens ein Magnet mehr an dem Rotor an einer Position befestigt mit einem Drehwinkel, der das Erzeugen von Wechselspannung an der Zündspule zu einem anderen Zeitpunkt als der während des Kompressionshubes des Motors ermöglicht. Die elektrische Leistung zum Laden erhöht sich mit der Zahl von Magneten. Obwohl mehrere Zündentladungen während einer Drehung der Kurbelwelle auftreten, ist der zusätzliche Magnet (e) an einer solchen Position vorgesehen, daß er die Spannung zu einem Zeitpunkt induziert, der nicht der des Kompressionshubes des Motors ist, so daß die Zündentladung des (r) zusätzlichen Magneten keine Zündung in dem Zylinder verursacht und nicht den Betrieb des Motors beeinflußt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Magnet, der die Wechselspannung für die Zündentladung an der Zündspule erzeugt, und der (ie) zusätzliche Magnet so an dem Rotor angebracht, daß sich der Fluß ändert, der in dem Stator verursacht wird dadurch, daß entsprechende Magneten in den umgekehrten Richtungen zueinander sind, während sich der Rotor in eine Richtung dreht. Dieses unterdrückt unabsichtliche Funken an der Zündkerze zu einem Zeitpunkt der nicht während des Zündhubes ist, und verringert zur gleichen Zeit den Ladestrom der Batterie.
• Figur 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines kleinen Motors für Handwerkzeuge.
• Figur 2 ist eine erläuternde Ansicht zum Darstellen der Konstruktion des Motormagnetzünders gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
• Figur 3a bis 3d zeigen Betriebsignaldiagramme der Primärspule, die gefunden würden, wenn die zwei Magneten der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform die gleiche Polarität hätten.
• Figur 3e bis 3h zeigen die Betriebsignaldiagramme der Primärspule der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform, bei der gemäß der vorliegenden Erfindung die beiden Magnete entgegengesetzte Polaritäten haben.
• Figur 4 ist eine erläuternde Ansicht zum Darstellen der Konstruktion des Motormagnetzünders gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
• Eine bevorzugte Ausführungsform des kleinen Motors für Handwerkzeuge wird jetzt im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
• Figur 1 zeigt die elektrische Schaltung eines kleinen Motors für Handwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Magnetzünder 1 eine Wechselspannung auf der Primärseite N&sub1; einer Zündspule durch die Drehung des Motors erzeugt. Wenn die Wechselspannung negativ ist, wird die primärspule N&sub1; durch eine Zündvorrichtung 2 kurzgeschlossen, die eine mit der Primärspule verbundene Transistorzündschaltung aufweist. Wenn der Kurzschlußstrom in der Primärspule N&sub1; im wesentlichen die Spitze erreicht, wird der Primärkurzschlußstrom darin rasch durch die Zündvorrichtung abgeschnitten, wodurch eine hohe Spannung in einer Sekundärspule N&sub2; der Zündspule für Entladungsfunken in einer Zündkerze 3 induziert werden, die mit der Sekundärspule N&sub2; verbunden ist. Der Kurzschluß wird durch die Zündvorrichtung 2 nur während der Zeitdauer gesteuert, während der die in primärspule N&sub1; induzierte Wechselspannung negativ ist. Während der Zeitdauer, während der die Spannung positiv ist, kann der Strom in der Zündvorrichtung 2 außen vorgelassen werden. Damit Strom in der positiven Zeitdauer einer Batterie 4 als Ladestrom durch Gleichrichten des Stromes auf nichtgesteuerte Weise zugeführt werden kann, ist ein Gleichrichter 5 mit der gezeigten Polarität zwischen die Primärspule N&sub1; und die Batterie 4 geschaltet. Die Batterie kann zum Beispiel klein und von dem versiegelten Typ aus Blei, Nickel oder Kadmium sein. Ein selbststartender Motor 7 ist zwischen den Anschlüssen über einen Starterschalter 6 verbunden. Ein Motorschalter 8 ist zwischen den Anschlüssen der Zündvorrichtung 2 verbunden, der zum Stoppen des Motors zu schließen, indem die durch den Magnetzünder 1 induzierte Leistung mit der Masse kurzgeschlossen wird; sonst ist der Schalter normalerweise offen.
• Wenn der starterschalter 6 geschlossen ist, während der Motorschalter 8 in der offenen Stellung ist, wird der Strom von der Batterie 4 zu dem selbststartenden Motor 7 nur während der Zeit zugeführt, wenn der Schalter geschlossen ist, wodurch der selbststartende Motor zum Aktivieren des Motors gedreht wird. Da in diesem Fall der Schalter 8 offen ist, wird die an der Primärspule N&sub1; des Magnetzünders 1 erzeugte Wechselspannung an die Zündvorrichtung 2 angelegt. Während die Spannung in ihrer negativen Periode ist, wird der durch die Primärspule N&sub1; gehende Primärkurzschlußstrom schnell durch die Wirkung der Zündvorrichtung 2 abgeschnitten, wenn der Strom im wesentlichen an seiner Spitze ist, wodurch ein hoher Strom in der Sekundärspule N&sub2; der Zündspule induziert wird. Dieses verursacht eine Zündentladung an der Zündkerze 3, die mit der Sekundärspule N&sub2; verbunden ist. Während der Motor auf die oben beschriebene Weise gestartet wird, geht der positive Strom der Wechselspannung, der in der Primärspule N&sub1; des Magnetzünders 1 erzeugt wird und nicht in dem Zündhub benutzt wird, durch den Gleichrichter 5, so daß er in die Batterie 4 als Ladestrom fließt. Da der Ladestrom nicht sehr groß ist, wie früher erwähnt wurde, wird eine nichtgesteuerte Ladung durch den Gleichrichter allein bewirkt, wodurch die Zahl der zum Laden notwendigen Komponenten minimiert wird.
• Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Magnete 13 und 23 und Pole 14 und 24 an dem Rotor befestigt sind. Einer dieser Nagnete ist an dem Rotor an einem Rotationswinkel befestigt, der die Erzeugung eines Wechselstromes an der Zündspule zu Zeitpunkten ermöglicht, die nicht während des Kompressionshubes des Motors sind zum Sicherstellen der elektromotorischen Kraft zum Aufladen.
• Wenn die magnetischen Polaritäten der Magnete 13 und 23 ausgerichtet sind, werden magnetische Flußänderungen in dem Stator 12 in der gleichen Richtung wie die Richtung, in der sich der Rotor 11 dreht, verursacht. In diesem Fall wird eine lastlose Spannung in der Primärspule N&sub1; induziert, wie in Figur 3a gezeigt ist.
• Figur 3a zeigt die Signalform der Wechselspannung unter Null-Last, wie sie in der Primärspule N&sub1; der Zündspule induziert ist. Figur 3b zeigt die Signalform des Stromes der Primärspule N&sub1; beim Kurzschluß. Figuren 3c und 3d zeigen die Spannungs- bzw. Stromverläufe der Primärspule N&sub1; in der in Figur 1 gezeigten Schaltungsverbindung. Die an der Primärspule N&sub1; induzierte Spannung, die in der Negativperiode ist, wird beim Zünden der Zündkerze benutzt, während der Kurzschlußstrom, der in der negativen Periode ist, an im wesentlichen der Spitze abgeschnitten wird, wie in Figur 3d gezeigt ist. Der Strom, der in der positiven Periode ist, fließt in die Batterie 4 über eine Diode 5 als Ladestrom.
• Bei der in Figur 1 Schaltungsverbindung werden die Spannungs/Stromverläufe wie in Figuren 3c und 3d gezeigt erhalten. Ladende Wellenanteile erscheinen viermal der während der positiven Periode während einer Drehung des Rotors, wodurch der Ladestrom etwa verzweifacht wird durch einfache Berechnung. Wenn jedoch die Magnete 13 und 23 in Intensität identisch sind, dann treten Funken an einer Position direkt gegenüber der Position der Zündung auf. Wenn der Motor im Betrieb ist, sind Funken an der gegenüberliegenden Position auf keinen Fall ein Problem. Zum Zeitpunkt des Starten des Motors (mit niedriger Drehzahl) können auf der anderen Seite die Funken eine unnormale Verbrennung innerhalb des Zylinders bewirken, wenn die Funken an der gegenüberliegenden Zündkerze unter Benutzung eines Magneten 23 unterdrückt werden, der in der Magnetisierung schwächer ist als der Magnet 13, zeigt der Spannungsverlauf des Magneten 23 einen geringfügig niedrigeren Wert als der des Magneten 13, wie in den Figuren 3a bis 3d gezeigt ist, wodurch ein Strom erreicht wird, der etwa 1,5 mal so hoch ist, wie der in Figur 2 gezeigte Fall.
• Wenn die magnetische Polarität des Magneten 13 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Polarität des Magneten 23 ist, werden magnetische Flußänderungen in entgegengesetzte Richtungen in dem Stator 12 durch die Magnete 13 und 23 verursacht, was in den in Figuren 3e bis 3h gezeigten Signaldiagrammen resultiert. In anderen Worten, lastlose Spannung, die an der Primärspule N&sub1; erzeugt ist, nimmt den Signalverlauf an, wie er in Figur 3e gezeigt ist, und der Kurzschlußstrom wie in Figur 3f gezeigt ist.
• Wenn der Magnet 23 so in die entgegengesetzte Richtung magnetisiert ist, würde die Spannungspitze in der negativen Periode, die durch den Magneten 23 induziert wird, nicht zum Verursachen von Funken an der Zündkerze 13 ausreichen. Andererseits erhöht sich die durch den Magneten 23 induzierte positive Spannung zum Vorsehen von Ladestrom, der höher als der ist, wenn die Magnete 13 und 23 in eine Richtung magnetisiert sind, wie deutlich durch den Spannungsverlauf in Figur 3g und den Stromverlauf in Figur 3h mit der Schaltungsverbindung, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, gezeigt ist.
• Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform ist mit zusätzlichen mehreren Magneten und magnetische Streifen (23a, 24a, 23,b, 24b) konstruiert.
• Bei dem Fall der in Figuren 2 und 4 gezeigten Ausführungsformen erhöht sich die elektrische Leistung zum Laden proportional zu der Zunahme in der Zahl dieser Magnete. Mehrere Funkenentladungen treten ebenfalls während einer Drehung der Kurbelwelle auf. Es wird jedoch angemerkt, daß die zusätzlichen Magneten 23, 23a und 23b an solchen Positionen vorgesehen sind, daß sie Spannungen zu anderen Zeitpunkten induzieren würden, die nicht während des Kompressionshubes des Motors sind. Durch Auslegen des Magnetfeldes mit einer Intensität, die nicht unbeabsichtigte Funken an der Zündkerze während der Starttätigkeit des Motors mit niedriger Drehzahl verursachen, würden Funkenentladungen durch die zusätzlichen Magnete 23, 23a und 23b keine Zündungen in dem Zylinder verursachen und somit nicht den Motorbetrieb beeinflussen.
• Somit ist es möglich, die Kapazität der Batterieladung ohne Beeinflussen des Motorbetriebes zu erhöhen, indem zusätzliche Magnete 23, 23a und 23b an geeigneten Positionen auf dem Rotor 11 vorgesehen werden.
• Wie zuvor ausgeführt wurde, führt der erfindungsgemäße Motor Elektrizität zu der Batterie, während der Motor sich in Drehung befindet, um den Betrag, der durch den selbststartenden Motor verbraucht ist, ohne daß ein getrennter Generator zur Batterieladung vorgesehen ist, und er ist daher hochgradig praktisch als ein kleiner und leichter Motor für Handwerkzeuge.

Claims (3)

1. Kleiner Verbrennungsmotor für Handwerkzeuge, mit einem eine Wechselspannung durch Drehung des Motors erzeugenden Magnetzündern (1);

einem Zündmechanismus (1, 2) der Funkenentladung an einer Zündkerze (3) für den Motor während eines ersten Teiles der Wechselspannung mit einer ersten Polarität verursacht;

einem selbststartenden Motor (7) zum Starten des Verbrennungsmotors;

einer wiederaufladbaren Batterie (4) zum Starten des selbststartenden Motors (7) und einem Auflademechanismus (2, 5) mit einem Mittel zum Aufladen der Batterie (4) mit einem zweiten Teil der Wechselspannung mit einer zweiten Polarität entgegengesetzt zu der ersten Polarität;

wobei der Magnetzünder (1) ein so angebrachtes Rotor (11), das es durch die Drehung des Verbrennungsmotors angetrieben wird, und ein Statormittel (12), welches ein Zündspulmittel (17) gegenüber dem Rotormittel (11) enthält, aufweist;

das Rotormittel (11) ein erstes daran befestigtes Magnetmittel (13) zum Erzeugen der Wechselspannung an dem Zündspulmittel (17) des Statormittels (12) enthält;

das Zündspulmittel (17) eine Primärspule (N1), in der die Wechselspannung induziert wird, wenn das erste Magnetmittel (13) an der Primärspule (N1) während der Drehung des Rotormittels (11) vorbeistreicht, und eine Sekundärspule (N2), die elektromagnetisch mit der Primärspule (N1) gekoppelt und elektrisch mit der Zündspule (3) verbunden ist, enthält;

der Zündmechanismus (1, 2) ein mit der Primärspule (N1) verbundenes Zündmittel (2) zum Steuern eines Kurzschlusses der Primärspule (N&sub1;) während einer Periode, wenn der erste Teil der Wechselspannung in der Primärspule (N1) induziert wird, enthält;

der Rotor (11) weiter ein daran befestigtes zweites Magnetmittel (23; 23a, 23b) zum Erzeugen einer Wechselspannung an der Primärspule (N1) zu einem Zeitpunkt, der nicht der des Kompressionshubes ist, aufweist und das zweite Magnetmittel (23; 23a, 23b) im Rotationswinkel gegen das erste Magnetmittel (13) versetzt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Magnetmittel (13) und das zweite Magnetmittel (23; 23a, 23b) bipolare Magneten mit entgegengesetzten Polaritäten sind, wobei somit das zweite Magnetmittel Spannungsspitzen mit entgegengesetzten Polaritäten in Bezug auf die durch das erste Magnetmittel induzierten Spannungsspitzen induziert; und daß das Zündmittel (2) eine Transistorzündschaltung aufweist.

2. Kleiner Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflademechanismus (2, 5) weiter einen Gleichrichter (5) aufweist, der direkt zwischen der Primärspule (N1) und entweder einen positiven oder negativen Anschluß der Batterie (4) gekoppelt ist.

3. Kleiner Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Magnetmittel eine Mehrzahl von Magneten (21a, 21b) aufweist, die an dem Rotor an solchen Positionen befestigt sind, daß jeder der Magnete (23a, 23b) eine Wechselspannung an der Primärspule (N1) zu einem individuellen Zeitpunkt induziert, der ein anderer ist als der des Kompressionshubes des Verbrennungsmotors, wobei die Magneten (23a, 23b) im Rotationswinkel voneinander abweichen.