Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für einen Kolbenmotor mit Abreisszündkerzen und Batterie, wobei die Kerzen eine Magnetspule und einen auf diese einwirkenden Anker aufweisen, welcher Anker eine mit einer stationären Elektrode zusammenarbeitende bewegliche Elektrode über Verbindungsmittel betätigt und ein Zündimpuls die Magnetspule und eine Kurzschlussstrecke zwischen der beweglichen und der stationären Elektrode durchläuft, wobei das sich in der Ma- gnetspule aufbauende Magnetfeld ein Aufreissen der Kurzschlussstrecke unter entsprechender Funkenbildung bewirkt, sowie mit einer Luftzufuhreinrichtung zwischen Vergaser und Ansaugkanal zur besseren Brennstoffzerstäubung.
Abreisszündkerzen haben gegenüber der üblicherweise verwendeten Zündkerzen mit feststehender Elektrode den Vorteil, dass sie bei relativ niedrigen Spannungen kräftige Zündfunken erzeugen. Zu einer Zeit, in der die jetzt verwendeten hohen Zündspannungen noch schlecht beherrschbar waren, versuchte man wiederholt, Abreisszündkerzen in der Praxis einzusetzen, ohne dass diesen Bemühungen jedoch ein durchgreifender Erfolg beschieden war. Die Gründe für das Versagen der Abreisszündkerzen konnten nie ganz geklärt werden. Abgesehen von dem Abbrand, dem Verschmoren der Unterbrecherkontakte, der Verrussung und ähnlichen Störungen dürfte - wie gemäss der vorliegenden Erfindung erkannt wurde - der in Kolbenmotoren periodisch stark wechselnde Druck eine erhebliche Rolle gespielt haben.
Hierauf weist auch der Umstand hin, dass Abreisszündkerzen für kontinuierlich brennende Motoren, d.h. für Strahltriebwerke, funktionsfähig sind. Bei diesen herrscht in der Brennkammerjedoch ein gleichbleibender Druck.
Eine besondere grosse Schwierigkeit bereitet jedoch vor allem der Umstand, dass mittels der Magnetspule und des Ankers relativ grosse Kräfte aufgebracht werden müssen, da beim Aufreissen der Kurzschlussstrecke die durch den Kompressionsdruck bedingten hohen Kräfte, welche auf der beweglichen Elektrode lasten, überwunden werden müssen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Zündanlage für einen Kolbenmotor mit Abreisszündkerzen und Batterie in Vorschlag zu bringen.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Anker und die Verbindungsmittel und die bewegliche Elektrode quer zur Zündkerzenlängsachse beweglich sind.
Bevorzugt sind der Anker und/oder die Verbindungsmittel und/oder die Elektrode in einer Ebene quer zur Zündkerzenlängsachse drehbar. Wie ohne weiteres ersichtlich, ergibt sich hierbei der Vorteil, dass beim Aufreissen von der Magnetspule und vom Anker keine grossen Kräfte aufgebracht werden müssen. Im Vergleich hierzu ist bei einer bekannten Anordnung, bei der beim Aufreissen der bewegliche Teil der Elektrode in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Längsachse, durch den Anker verschoben wird, die auf dem beweglichen Teil der Elektrode lastende Kraft sehr hoch, da diese sich - in erster Näherung - aus dem Produkt der Stirnfläche der beweglichen Elektrode und dem hohem Kompressionsdruck zu sammensetzt. Bei einer Querbewegung bzw. Drehung treten derart hohe Kräfte jedoch nicht auf.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind Mittel vorgesehen, durch welche eine Veränderung der zwischen Anker und Magnetspule erzeugten Magnetkraft bei fortschreitendem Abbrand der Zündkerze vermieden wird. Es ist von Vorteil, wenn hierbei die Berührungsflächen des Ankers und der zugeordneten stationären Polstücke der Magnetspule gegen über einer zur Zündkerzenlängsachse parallelen Achse geneigt sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei fortschreitendem Abbrand der beweglichen Elektrode, die mit dem Anker starr verbunden ist, der Luftspalt zwischen dem Anker und den zugeordneten Polstücken der Magnetspule nicht nennenswert vergrössert wird.
Eine derartige Luftspaltvergrösserung wäre jedoch sehr nachteilig, da hierdurch die Grösse der verfügbaren Magnetkraft sehr stark (überproportional) herabgesetzt würde, was jedoch aus den eingangs genannten Gründen sehr unerwünscht wäre.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zur Vermeidung der Änderung der Magnetkraft bei fortschrei tendem Abbrand der Elektrode der Anker derart angeordnet, dass beim Aufreissen der Kurzschlussstrecke der Anker mit den zugeordneten Polstücken ganz oder teilweise zur Deckung gebracht wird.
Es ist auch möglich, Abreisszündkerzen und Zündanlagen für andere Motoren als für Kolbenmotoren und lur andere
Zwecke zu verwenden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten ausführungsform wird der Magnetspule ein hufeisenförmiger Kern zugeordnet, oder der Anker als Permanentmagnet ausgebildet. Gemäss einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Anker durch eine stromdurchflossene Spule ersetzt oder er trägt eine solche, wobei die Magnetspule entsprechend angepasst ist.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird taktweise eine bewegliche Elektrode zwischen zwei stationären Elektroden in der einen bzw. in der anderen Richtung bewegt und ein Magnetsystem mit einer Umschalteinrichtung verwendet.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, den drehbaren Anker mit je einem Arm einem Polstücke, das von den Enden wenigstens eines die Magnetspule ausfüllenden Eisenkernes gebildet wird, so gegenüberzustellen, dass bei einer Erregung der Spule die beiden Arme des Ankers entgegen der Wirkung einer Feder, die den Anker in diejenige Stellung drückt, in der der Abstand zwischen Anker und Polstück ein Minimum ist und in der die bewegliche Elektrode an der festen Elektrode anliegt, von den Polstücken angezogen werden und dadurch dem Anker eine Drehbewegung erteilen.
Gemäss einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird nach Art eines Drehspulgalvanometers auf einem zwischen den Polen eines starken Permanentmagneten angeordneten Anker eine entsprechende Anzahl von Drahtwindungen derart aufgebracht, dass bei einem Stromfluss durch dieselben der Anker entgegen der Wirkung einer Feder gedreht wird, und dass hierdurch die bewegliche Elektrode senkrecht zur Zündkerzenachse von der stationären Elektrode wegbewegt wird.
Als besonders günstig erweist es sich, wenn die durch fortschreitenden Elektrodenabbrand hervorgerufene Änderung in der Lage des Ankers durch ein Nachstellen ausgeglichen werden kann, oder wenn die bewegliche und/oder die stationäre Elektrode auswechselbar sind. Es ist besonders zweckmässig, die bewegliche und mit dem Anker über Verbindungsmittel verbundene Elektrode mit einem mindestens zweiteiligen, im wesentlichen zylinderförmigen Isolierkörper zu umgeben und die stationäre Elektrode in Form einer mit einem entsprechenden Durchbruch versehenen Scheibe zu gestalten sowie über den Isolierkörper und die stationäre Elektrode eine rohrartige Überwurfhülse zu stecken, die an ihrem oberen Ende mit dem Gehäuse für die Kerzenbetätigung derart verschraubt ist, dass die bewegliche und die stationäre Elektrode fest aneinander anliegen.
Die Überwurfhülse trägt hierbei ein Aussengewinde für die Befestigung der Zündkerze in dem Motorblock. Bei dieser Anordnung ist besonders vorteilhafterweise die bewegliche Elektrode mit dem Anker lösbar verbunden gestaltet und an dem Verbindungsmittel mit einem Bund versehen, der mit dem Isolierkörper als Lagerung für die bewegliche Elektrode dient. Es ist auch günstig, die scheibenartig ausgebildete stationäre Elektrode sowie den Bund der Über wurShülse an den sich berührenden Flächen derart auszubil den, dass bei einem Festdrehen der Überwurflhülse die stationäre Elektrode mit einer definierten Kraft gegen die bewegliche Elektrode und damit gegen die zur Zurückführung des Ankers verwendete Feder angedrückt wird.
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsfom wird die Abreissbewegung dadurch erzeugt, dass von einer hufeisenförmigen Magnetspule ein parallel zu dieser angeordneter Anker durch die Erregung der Spule entgegen der Kraft einer Feder angezogen wird.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird von einer hufeisenförmigen Magnetspule bei deren Erregung ein um eine zur Zündkerzenachse senkrechte Achse verschwenkbarer Anker gegen die Wirkung einer Feder angezogen und gekippt und hierdurch die bewegliche Elektrode von der stationären Elektrode wegbewegt.
Bei allen genannten Ausführungsformen ist es günstig, wenn die Stromführung über ein Anschlussstück, die Spule und einen Schleiferring auf das Verbindungsstück zwischen Anker und beweglicher Elektrode und von dieser über die feste Elektrode auf Masse erfolgt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Abreisszündkerze wird eine bewegliche Elektrode in einer Pendelbewegung zwischen zwei stationären Elektroden hin- und herbewegt, wobei jeweils ein Zündimpuls eine Kurzschlussstrecke zwischen der beweglichen und einer der beiden stationären Elektroden durchläuft. Hierbei wird durch die Fortbewegung der beweglichen Elektrode von einer der stationären Elektroden zu der anderen stationären Elektrode ein Aufreissen der Kurzschlussstrecken unter Funkenbildung bewirkt.
Die Pendelbewegung der beweglichen Elektrode wird bevorzugt durch zwei feste und eine bewegliche Magnetspule erreicht, von denen jeweils eine der festen und die bewegliche Magnetspule derart von Strom durchflossen werden, dass an den einander gegenüberstehenden Enden ungleichnämige Magnetpole entstehen. Die beiden festen Spulen sind bevorzugt wesentlich parallel zur Zündkerzenlängsachse und die bewegliche Spule senkrecht zu denselben angeordnet.
Es ist besonders günstig. die bewegliche Spule mit einem Federstab zu verbinden und sie auf einer derart gekrümmten Bahn zu führen, dass sie in ihren Endstellungen, die dem Anliegen der beweglichen Elektrode an einer der beiden stationären Elektroden entspricht, gegen die Wirkung des Federstabes und nach erfolgtem Abreissen mit dessen Unterstützung bewegt wird, und dass nach Durchgangdurch die Mittellage durch den Federstab ein Abbremsen der beweglichen Elektrode und beim Anlegen in der zweiten Endstellung ein Festklemmen durch denselben erfolgt.
Die Stromführung erfolgt hierbei zweckmässigerweise über einen Schalter zu jeweils einer der beiden festen Magnetspulen, von dieser über eine leitende Schiene durch die bewegliche Magnetspule und über die Verbindungsmittel auf die bewegliche Elektrode, von der der Strom über die feste Elektrode auf Masse abfliesst.
Um ein besseres Gasgemisch zu erhalten, wurde im Ansaugkanal, unmittelbar am Vergaser, eine Luftzufuhreinrichtung, die mechanisch verstellbar und/oder mit einer Drehzahlabhängigen elektronischer Steuerung versehen sein kann, angeordnet. Dadurch wird dem Vergaser die Brennluft, auch bei geschlossener Drosselklappe, mit einer sehr hohen Geschwindigkeit zugeführt wodurch eine Feinstzerstäubung des Brennstoffes erfolgt, was zu einer besseren Gasgemischbildung und nahezu vollständigen Verbrennung desselben, auch im Leerlauf und bei den niedrigen Geschwindigkeitsbereichen führt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und anhand der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Abreisszündkerze;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Zündanlage mit Abreisszündkerzen;
Fig. 3 eine Draufsicht in schematischer Darstellung auf den Anker und die Polstücke der Magnetspule;
Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen von bevorzugten Anordnungen des Ankers und der Polstücke der Magnetspule;
Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen - in der Draufsicht - bevorzugter Ausführungsformen der Elektrode;
Fig. 8 einen Schnitt durch eine Abreisszündkerze, bei der eine Drehbewegung von Anker, Verbindungsmitteln und beweglicher Elektrode gegenüber der stationären Elektrode erfolgt;
Fig. 9 eine Gesamtansicht der in Fig. 8 dargestellten Abreisszündkerze, jedoch mit einer anderen Gestaltung des unteren Teiles derselben;
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Fig. 10 eine Schemaskizze von einer weiteren Ausführungsform, bei der eine Drehbewegung der beweglichen Elektrode erzeugt wird;
Fig. 11 einen Schnitt durch eine Abreisszündkerze, bei welcher der Anker, die Verbindungsmittel und die bewegliche Elektrode näher zu der Elektrode und der Magnetspule verschoben werden;
Fig. 12 einen Schnitt durch eine Abreisszündkerze, bei der eine Kippbewegung der beweglichen Elektrode gegen die feste Elektrode und des Ankers gegen die Magnetspule erfolgt;
Fig. 13 einen Schnitt durch eine Abreisszündkerze, bei der die bewegliche Elektrode mit Hilfe von drei entsprechend erregten Magnetspulen alternierend zwischen zwei festen Elektroden hin- und herbewegt wird;
Fig: 14 eine schematische Darstellung von der Führung der beweglichen Magnetspule in der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform.
Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführung einer Zündkerze weist ein Gehäuse 1 auf, das aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetischen Metall hergestellt ist und im wesentlichen die äussere Form eines abgestuften Kreiszylinders hat. Das Gehäuse 1 umschliesst einen durchgehenden Hohlraum, der sich im oberen Teil zu einer Kammer 2 erweitert. Der untere Gehäuseteil besitzt ein Aussengewinde 3, mit welchem das Gehäuse unter Verwendung eines Dichtringes 4 wie eine übliche Zündkerze in eine im Zylinderkopf angeordnete Gewindebohrung eingeschraubt werden kann. Der unterste Teil der Gehäusebohrung ist stark verengt, so dass lediglich ein zentraler Durchgang 5 verbleibt.
Im Gehäuse list eine zylindrische Isolierhülse 6 untergebracht, oberhalb welcher sich eine Isolierscheibe 7 - z.B. aus Glimmer - befindet. Oberhalb der Isolierscheibe 7 ist ein Anker 8 angeordnet, der gegenüber dem Gehäuse 1 durch die Isolierscheibe 7 elektrisch isoliert ist.
Der Anker 8 ist starr mit einem aus nicht magnetisierbaren, aber elektrisch leitenden Material hergestellten Rundstab 9 verbunden, der in einer zentralen Innenbohrung der Isolierhülse 6 drehbar gelagert ist und an seinem unteren Ende eine drehbewegliche Elektrode 10 trägt. Mit der drehbeweglichen Elektrode 10 arbeitet eine stationäre Gegenelektrode 11 zusammen, die mit dem unteren Teil des Gehäuses 1 einstückig oder fest verbunden ist.
Oberhalb des Ankers 8 ist eine Magnetspule 12 in einem Spulenträger 13 angeordnet, der durch eine Schutzhülse 14 nach aussen abgeschlossen ist. Die Schutzhülse 14 und das Gehäuse 1 sind durch eine Hülse 15 aus elektrisch isolierendem Material miteinander verbunden. Der Spulenträger 13 besteht aus einem elektrisch leitenden und magnetisierbaren Metall.
Die Spulenwicklung ist einerseits bei 16 elektrisch leitend mit dem Spulenträger 13 verbunden sowie andererseits über einen Verbindungsstift 17 und eine mit diesem vernietete Platte
18 mit einem Anschlussstift 19. Die Platte 18 ist gegenüber dem Spulenträger 13 durch eine Isolierscheibe 20 elektrisch isoliert.
Der Spulenträger 13 ist mit einer zentralen Innenbohrung 21 versehen, in der eine Torsionsrückstellfeder 22 angeordnet ist, durch welche der Anker- 8 nach jeder Zündung wieder in seine Ausgangslage zurückgeführt wird. Die Feder 22 ist deshalb einerseits mit dem Spulenträger 13 und andererseits mit dem Anker 8 fest verbunden.
Es muss dafür Sorge getragen werden, dass einerseits eine gute elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Spulenträger 13 und dem Anker 8 gewährleistet ist, damit ein elektrischer Strom von der Spulenwicklung zur Elektrode fliessen kann. Andererseits muss jedoch der Anker 8 gegenüber dem unteren Teil (Polstück) des Spulenträgers 13 gut beweglich sein, damit keine zu hohen Reibungskräfte durch die Magnetkraft überwunden werden müssen. Die hierfür im Einzelfall erforderlichen konstruktiven Massnahmen sind jedoch dem Fachmann geläufig, so dass in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 nur eine prinzipielle Lösung angedeutet ist, bei der der Strom über eine zylindrische Hülse 23 des Ankers 8 fliesst.
Es können auch zusätzliche federnde Schleifringkontakte vorgesehen sein. Ferner können beliebige konstruktive Massnahmen, die zur Erfüllung der vorgenannten Forderung geeignet sind, in Anwendung kommen. Insbesondere kann der Strom von der Spulenwicklung in beliebiger Weise der Elektrode zugeführt werden.
Die Torsionsrückstellfeder muss eine ausreichende Stärke haben, damit gewährleistet ist, dass selbst bei hohen Zündfrequenzen der Anker in der zur Verfügung stehenden kurzen Zeit wieder in seine Ausgangslage zurückgeführt wird. Es ist deshalb von Vorteil, dass die zentrale Innenbohrung 21 relativ gross ist, so dass ohne konstruktive Schwierigkeiten eine grosse starke Rückholfeder vorgesehen werden kann.
In Fig. 2 ist eine vollständige Zündanlage dargestellt, bei der die Spannung einer üblichen Autobatterie 24 über einen Transformator 25 auf einen Wert von über 30 Volt gebracht wird. Eine der Zylinderzahl des Motors entsprechende Anzahl von Thyristoren 26 ist einerseits mit dem Transformator 25 und andererseits mit den Anschlussstiften 19 der zugeordneten Zündkerzen verbunden. Die Thyristoren 26 werden von einem Zündverteiler 27 gesteuert, welcher in bekannter Weise bei Viertaktmotoren bei der zweiten Motorumdrehungjedem Thyristor 26 einen Rechteckimpuls liefert. Im Normalfall wird der Rechtecksteuerimpuls eine Breite von 1/3000 Sekunde haben. Die Auslösung der Impulse erfolgt in bekannter Weise, z.B. durch einen umlaufenden Magneten.
Mechanisch bewegte Kontakte sind im allgemeinen nicht erwünscht, können jedoch bei bestehenden Anlagen gegebenenfalls übernommen werden. Beim Eintreffen des Rechteckimpulses öffnet der jeweilige Thyristor 26, wobei ein Strom von etwa 0,5 bis 2 Ampere über den Anschlussstift 19 durch die Magnetspule 12, den Anker 8 und den Rundstab 9 zur Elektrode fliesst. Der Strom fliesst zu dem Kerzenkörper auf Masse ab. Das sich aufbauende Magnetfeld erzeugt eine Magnetkraft, die der Kraft der Torsionsrückstellfeder und etwaigen vom Kompressionsdruck herrührenden und auf die drehbewegliche Elektrode 10 wirkenden Kräften entgegengesetzt ist.
Wenn die genannten Gegenkräfte durch die Magnetkraft überwunden sind, wird die bewegliche Elektrode 10 von der feststehenden Elektrode 11 durch eine Drehbewegung weggeschleudert, wobei im allgemeinen eine Serie von Zündfunken zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Elektroden entsteht und welche von dem noch zufliessenden Strom und von dem zusammenbrechenden Magnetfeld gespeist wird. Nach dem Zusammenbrechen des Magnetfeldes drückt die Torsionsrückholfeder den Anker 8 wieder in seine Ausgangsstellung zurück, bei welcher die bewegliche Elektrode 10 gegen die stationäre Gegenelektrode 11 anliegt.
Ein besonderer Vorteil der Zündkerze besteht darin, dass die Verhältnisse im Sinne einer selbsttätigen Zündzeitpunktregulierung in Abhängigkeit vom Druckspiel gewählt werden können. Der Zeitpunkt des Aufreissens der Kurzschlussstrecke zwischen der beweglichen und stationären Elektrode hängt also einerseits von dem jeweiligen Eintreffen des Steuerimpulses bei dem zugeordneten Thyristor, jedoch auch andererseits von dem Verlauf des Druckaufbaues im Zylinder des Motors ab, was im Sinne einer verbesserten Verbrennung ausgenützt werden kann.
Der im Zylinder vor der Zündung auf einen relativ hohen Wert ansteigende Druck soll die Elektrode einerseits leicht an die Gegenelektrode anpressen, so dass ein kräftiges Magnetfeld in der Magnetspule aufgebaut wird, bevor der Anker die Elektrode gegen die Wirkung dieses Druckes und der Spannung der zugeordneten Rückholfeder von der Gegenelektrode abhebt. Andererseits darfjedoch diese Druckwirkung nicht eine Grösse erreichen, bei der ein Abheben der Elektrode in Frage gestellt ist. Diese Forderung wird jedoch durch die Zündkerze erfüllt.
Bekanntlich stellt bei niedrigen Spannungen bereits ein kleiner Luftspalt zwischen zwei Elektroden einen relativ hohen Widerstand dar. Da die Magnetspule und der Luftspalt zwischen den beiden Elektroden in Serie liegen, bedeutet dies, dass der der Zündkerze zugeführte Strom bereits bei Beginn der Abreissbewegung sehr stark abfällt. Das Magnetfeld soll deshalb schon zu Beginn der Abreissbewegung vollständig aufgebaut sein und einen Optimalwert haben. Wenn jedoch die Abreissbewegung erst einmal eingeleitet ist, soll der im Zylinder aufgebaute Kompressionsdruck - gegebenenfalls zusammen mit der sich einleitenden Verbrennung - die Abreissbewegung unterstützen, so dass die'bewegliche Elektrode möglichst rasch in ihren günstigen Abstand von der festen Elektrode gebracht wird.
Das zusammenbrechende Magnetfeld - gegebenenfalls in Verbindung mit dem noch zufliessen den Strom- - liefert dann eine Serie von kräftigen Zündfun- ken: weiche sich über die Zündfläche der Elektrode verteilt.
Die Zündung soll dementsprechend in Form eines Abreissen erfolgen , d.h. die zuerst der Abreissbewegung entgegenwirkende Druckkraft des Kompressionsdruckes unterstützt nach dem Abreissen die Abreissbewegung.
In Fig. 3 bis 5 sind schematisch verschiedene Anordnungen des Ankers und der zugeordneten Polstücke der Magnetspule, welche von dem unteren Teil des Spulenträgers gebildet werden, dargestellt. Die Anordnungen sind derart gewählt, dass auch bei fortschreitendem Abbrand der Elektrode sich die Grösse der verfügbaren Magnetkraft nur wenig ändert. Bei dem in Fig. 3 in der Draufsicht dargestellten zweipoligen Anker sind, wie in Fig. 4 schematisch angedeutet, die einander gegenüberliegenden Berührungsflächen des Ankers und der stationären Polstücke gegenüber einer zur Zündkerzenlängsachse parallelen Achse geneigt. Dies ergibt den Vorteil, dass sich bei fortschreitendem Abbrand der Elektrode der wirksame Luftspalt nur wenig ändert, da der magnetische Kraftfluss immer den kürzesten Weg geht.
Dies ist jedoch die Senkrechte zwischen den beiden geneigten Berührungsflächen, die sich, wie ohne weiteres ersichtlich, bei fortschreitendem Abbrand der Elektrode wesentlich weniger vergrössert, als dies bei nicht geneigten Flächen der.Fall wäre. Durch die Neigung der Flächen wird somit praktisch eine Übersetzung geschaffen.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 5 ist ein Luftspalt, der sich bei fortschreitendem Elektrodenabbrand vergrössern könnte, völlig vermieden, denn der Anker ist nicht, wie bei der Anordnung gemäss Fig. 3, zwischen zwei Polstücken der Magnet spule angeordnet, sondern liegt unmittelbar stirnseitig vor den Polstücken der Magnetspule. Durch den magnetischen Kraft fluss werden die beiden Polstücke des Ankers, wie ohne weiteres verständlich, mit den zugeordneten Polstücken der Magnetspule zur Deckung gebracht, was eine entsprechende Drehbewegung des Ankers zur Folge hat.
In Fig. 6 und 7 sind bevorzugte Ausführungsformen der Elektrode dargestellt. Bei der Anordnung gemäss Fig. 6 ist nur eine Zünd- und Berührungsfläche zwischen der beweglichen und stationären Elektrode vorgesehen, während bei der Anordnung gemäss Fig. 7 zwei Zünd- und Berührungsflächen vorgesehen sind, weshalb beide Elektroden flügelartig ausgebildet sind. Wie ohne weiteres ersichtlich, können auch mehr als zwei Zünd- und Berührungsflächen vorgesehen werden, indem die beiden Elektroden sternförmig ausgebildet werden.
Versuche mit der vorliegenden Zündkerze haben gezeigt, dass sich der Kohlenmonoxydgehalt in den Auspuffgasen erheblich vermindern lässt, so dass bei der Vorführung keine
Bedenken bestanden, einen mit dieser Zündkerze ausgerüsteten Motor in einer geschlossenen Halle laufen zu lassen. Ein weiterer Vorteil der Zündkerze liegt in einer erheblichen Kraftstoffsparnis, die mehr als 1057o betragen kann.
Der Abbrand der vorliegenden Elektrode ist trotz der starken Funkenbildung tragbar. Bei einem Versuch ergab sich bei einer Fahrleistung von 15 000 Km ein Abbrand von jeweils 2,5 mm an der stationären und der beweglichen Elektrode.
Der Wärmewert spielt bei der beschriebenen Zündkerze keine oder eine nur sehr geringe Rolle. Es ist nicht zu befürchten, dass die Zündkerze in Motoren, welche normalerweise einen kleinen Wärmewert voraussetzen, verschmutzt, wie umgekehrt die Zündkerze auch für Motoren mit hohem Wärmewert geeignet ist, ohne dass eine Überhitzung befürchtet werden muss. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Zündfläche der Elektroden im Vergleich zu herkömmlichen Zündkerzen oder zu bisher bekannten Abreisszündkerzen gross ausgebildet werden kann. Der kräftige Stromfluss vor der Abreissbewegung, das Abschleudern der Elektrode und der relativ kräftige Rückprall beseitigen etwaige Verbrennungsrückstände. Der Wärmeabfluss von der beweglichen auf die stationäre Elektrode bewirkt eine rasche Wärmeabfuhr.
Die Elektrode soll aus einem geeigneten Werkstoff bestehen, der ein sehr hohes Molekulargewicht und einen Schmelzpunkt von über 30000C besitzt. Bevorzugt werden dabei Molybdän oder eine Molybdänlegierung mit einem Schmelzpunkt von etwa 3410"C verwendet.
Die in Fig. 8 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Abreisszündkerze weist ein Gehäuse 31 auf, das aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt ist. Das Gehäuse 31 umschliesst eine Kammer 32, in der eine Magnetspule 33 angeordnet ist. Das Innere der Windungen dieser Spule ist mit einem hufeisenförmigen Weicheisenkern ausgefüllt, welcher mit seinen über die Spule hinausstehenden Enden die Polstücke 34 und 35 bildet. In der Kammer 32 ist weiterhin ein magnetisierbarer Anker 36 drehbar angeordnet, wobei sein Drehpunkt unter die Mitte des oberen Schenkels der Magnetspule 33 zu liegen kommt. Die Arme des Ankers 36 stehen damit, wie aus Fig. 8 ersichtlich, den Polstücken 34 und 35 gegenüber. Eine Feder 37, welche die Drehachse 38 umgibt, ist fest mit dem Anker 36 und dem Kern der Magnetspule 33 verbunden.
Sie wirkt derart auf den Anker 36, dass dessen Arme in einem bestimmten Abstand von den Polstücken 34 und 35 gehalten werden.
Aus dem Gehäuse 31 ragt nach unten eine Verbindungsachse 39, deren unteres Ende die bewegliche Elektrode 40 bildet. Die Verbindungsachse 39 besteht aus einem leitenden, nicht magnetisierbaren Material. Sie ist an dem Anker 36 über einen rechteckförmigen Zapfen 41, der in' eine entsprechende Ausnehmung des Ankers 36 eingreift, verbunden. Hierdurch wird eine Drehbewegung des Ankers 36 über die Verbindungsachse 39 auf die bewegliche Elektrode 40 übertragen.
Das untere Ende der Verbindungsachse 39, das die bewegliche Elektrode 40 bildet, steht einer stationären Elektrode 42 gegenüber, die Teil einer aus einem leitenden Material bestehenden Scheibe 43 ist, welche mit einem entsprechenden Durchbruch zur Aufnahme der beweglichen Elektrode versehen ist.
Hierbei ist dafür gesorgt, dass zwischen der Scheibe 43 und dem unteren Teil der Verbindungsachse 39 ein derartiger Abstand besteht, dass nur an der Berührungsfläche der stationären Elektrode 42 mit der beweglichen Elektrode 40 ein Stromdurchgang erfolgen kann.
Die Verbindungsachse 39 ist mit einem zylinderförmigen Isolierkörper 44 aus zwei annähernd gleichgrossen Teilen umgeben, deren Berührungsflächen im wesentlichen parallel zur Zündkerzenlängsachse verlaufen. Diese Aufteilung des Isolierkörpers erlaubt seine Heranführung bis direkt an die Verbindungsachse und ermöglicht einen einfachen Einbau der Elektroden. Eine Überwurihülse 45, die an ihrer Aussenseite ein Gewinde 46 trägt, das zur Befestigung der Abreisszündkerze in der Bohrung des Zylinderkopfes dient, ist an ihrem unteren Ende mit einem Bund 47 versehen. In diese Überwurflhülse wird die Scheibe 43 mit der stationären Elektrode 42 eingeführt und anschliessend die mit dem Isolierkörper 44 umgebene Verbindungsachse 39 mit der beweglichen Elektrode 40.
Durch den Bund 47 wird vermieden, dass die Scheibe 43 und der Isolierkörper 44 aus der Überwurflhülse 45 nach unten her ausgleiten. Da die Verbindungsachse 39 mit einem Bund 48 verstehen ist, der in eine entsprechende Ausnehmung des Isolierkörpers 44 eingepasst ist, wird auch ein Herausgleiten der beweglichen Elektroden aus der Überwurihülse 45 vermieden.
Anschliessend wird die Überwurfhülse 45 an einem mit Aussengewinde 50 versehenen Anschlussstück 49 des Gehäuses 31 über ein an dem oberen Ende der Überwurfhülse 45 angebrachtes Innengewinde festgeschraubt. Hierbei gleitet der Zapfen 41 in die dazugehörige Ausnehmung des Ankers'36.
Durch die beschriebene Anordnung ist es möglich, die durch Abbrand dem Verschleiss unterworfenen Teile, d.h. die bewegliche Elektrode 40 und die stationäre Elektrode 42, auszutauschen, wenn ein ordnungsgemässer Betrieb der Zündkerze nicht mehr sichergestellt ist. Die restlichen, zum Teil teueren Bauteile der Abreisszündkerze können daher weiterverwendet werden.
Durch das Anschrauben der Überwurffiülse 45 an dem Anschlussstück 49 wird zudem sichergestellt, dass die bewegliche Elektrode 40 fest an der stationären Elektrode 42 anliegt.
Hierzu muss nur sichergestellt sein, dass die Drehrichtung des Gewindes 50 mit der Drehrichtung des Ankers 36, der Verbindungsachse 39 und der beweglichen Elektrode 40 übereinstimmt. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Gewinde 50 demnach ein Linksgewinde. Um das selbsttätige Justieren der
Elektroden durch das Zusammenschrauben weiter zu verbessern, können an der Berührungsstelle 51 zwischen dem Ring 43 und dem Bund 47 der Überwurflhülse 45 die sich berührenden Flächen derart ausgebildet werden, dass bei einem Festdrehen der oberwurflhülse 45 die stationäre Elektrode 42 mit einer definierten Kraft gegen die bewegliche Elektrode 40 und damit gegen die zur Rückführung des Ankers 36 verwendete Feder 37 angedrückt wird.
Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Aufrauhung der Oberfläche erreicht werden.
Hierdurch wird auch ein Nachstellen der Zündelektroden möglich. Hierzu muss nur die Überwurihülse 45 etwas aufgeschraubt und anschliessend wieder mit einer definierten Kraft angezogen werden, so dass beim Anliegen der beiden Elektroden aneinander wieder die ursprüngliche Federspannung herrscht.
Die Stromführung bei der beschriebenen Abreisszündkerze erfolgt über ein Anschlussstück 52 und von dort über die Spule 33 an eine Kontaktplatte 53. Die Kontaktplatte 53 ist mit einem federnden Schleifkontakt 54 verbunden, der an der Verbindungsachse 39 anliegt. Um ein Abfliessen des Stromes über das Gehäuse 31 an Masse zu verhindern, muss dieses und insbesondere das mit dem Boden verbundene Anschlussstück 49 aus einem nichtleitenden Material bestehen. Der Strom fliesst daher über die Verbindungsachse 39 und die bewegliche Elektrode 40, sowie die zwischen dieser und der stationären Elektrode 42 befindlichen Kurzschlussstrecke auf den Ring 43 und über die leitende Überwurfhülse 45 auf Masse ab.
Durch das Anlegen eines Zündimpulses wird der Anker 36 gegen die Wirkung der Feder 37 von den Polstücken 34 und 35 angezogen. Hierdurch wird auch die Verbindungsachse 39 gedreht. Die bewegliche Elektrode 40 wird daher von ihrer Anlage an der stationären Elektrode 42 wegbewegt, so dass ein Zündfunke entsteht und anschliessend der gesamte Stromkreis zusammenbricht.
Anstelle der in Fig. 8 gezeigten Anordnung, bei der die Arme des Ankers 36 seitlich den Polstücken 34 und 35 der Magnetspule 33 gegenüberstehen, kann auch der Anker stirnseitig vor den Polstücken der Magnetspule angeordnet werden.
Die Ausbildung der stationären und der beweglichen Elektrode kann wie bereits beschrieben erfolgen.
In Fig. 9 ist eine Gesamtansicht der in Fig. 8 gezeigten Abreisszündkerze dargestellt. Hierbei sind jedoch Überwurfhülse und die stationäre Elektrode gemäss einer anderen Ausführungsform in seinem Stück 55 ausgebildet.
In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform einer Abreisszündkerze dargestellt, bei der die Drehbewegung anstatt gemäss Fig. 8 durch die Magnetspule 33 und den Anker 36 durch eine Anordnung erzeugt wird, bei der nach Art eines Drehspulgalvanometers auf einem zwischen den Polen 58 eines starken Permanentmagneten 59 angeordneten Anker 56 eine entsprechende Anzahl von Drahtwindungen 57 aufgebracht ist. Eine Feder 50 umschliesst die Drehachse 51 und ist an dem Anker 56 und einem Teil des Gehäuses 31 befestigt. Die Verbindungsachse 39 ist über eine isolierende Zwischenschicht 62 an der Achse 61 verbunden. Das eine Ende der Windungen 57 kann für die Stromzuführung mit der Achse 61 verbunden werden; das andere Ende ist an der Verbindungsachse 39 angebracht.
Fliesst nun ein Zündstrom über die Achse 61, die Windungen 57, die Verbindungsachse 39 und die bewegliche Elektrode 40 zu der stationären Elektrode 42, so wird der Anker 56 entgegen der Wirkung der Feder 60 bewegt. Die bewegliche Elektrode 41 wird hierdurch von der stationären Elektrode 42 weggedreht, so dass ein Zündfunke entsteht und anschliessend die Spannung zusammenbricht.
In Fig. 10 ist die Anordnung in maximaler Auslenkung dargestellt.
In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform einer Abreisszündkerze dargestellt, bei der die Abreissbewegung durch eine Querverschiebung erfolgt. In der Kammer 32 des Gehäuses 31 ist hier seitlich neben der Magnetspule 33 ein Anker 63 angeordnet, der von einer Feder 64 in einem gewissen Abstand von den Polstücken 34 und 35 der Spule 33 gehalten wird. Bei einer Erregung der Spule 33 wird nun der Anker 63 gegen die Wirkung der Feder 64 angezogen.
Die einander gegenüberliegenden Flächen 65 und 66 des Ankers 63 und der Polstücke 34 und 35 sind dabei derart gestaltet, dass bei fortschreitendem Abbrand der Elektrode sich die Grösse der verfügbaren Magnetkraft nur wenig ändert, da der magnetische Kraftfluss immer den kürzesten Weg geht.
Da nun die beiden Berührungsflächen gegen die Verschiebungsebene geneigt sind, wird der senkrechte Abstand zwischen den beiden geneigten Berührungsflächen bei fortschreitendem Abbrand der Elektrode um einen geringeren Betrag geändert als der Abstand an den Elektroden selbst.
Die Führung des Verbindungsstückes 71 zwischen dem Anker 63 und der beweglichen Elektrode 67 erfolgt in einem ebenfalls mehrstückigen Isolierkörper 73. Das Verbindungsstück 71 ist dazu mit zwei Bunden 72 versehen, die in entsprechenden Aussparungen 74 des Isolierkörpers 73 verschiebbar sind. Der Zusammenbau dieser Teile und einer an einer Scheibe 68 angeordneten stationären Elektrode 69 mit dem Gehäuse 1 erfolgt mittels einer Überwurfhülse 45 über ein Gewinde 50, wie anhand von Fig. 8 beschrieben. Wie aus Fig.
11 ersichtlich, ist es jedoch hier nicht notwendig, dass das Gehäuse 31 aus einem isolierenden Stoff besteht.
Eine weitere Ausführungsform der Abreisszündkerze ist in Fig. 12 dargestellt. Anstelle der Querverschiebung gemäss Fig.
11 erfolgt hier eine Kippbewegung eines Ankers 75 um eine senkrecht zur Zündkerzenachse liegende Drehachse 76, gen die Wirkung der Feder 64. Hierdurch wird die bewegliche Elektrode 77 bei einer Erregung der Magnetspule 33 von der stationären Elektrode 79 auf der Scheibe 78 wegbewegt.
Der zweiarmige Verbindungshebel 80 zwischen der beweglichen Elektrode 77 und dem Anker 75 sowie der Isolierkörper 81 sind durch eine entsprechende Gestaltung der einander zugekehrten Seiten 82, 83 labyrinthartig ausgebildet, um zu vermeiden, dass die Verbrennungsgase in die Kammer 32 gelangen. Anstelle dieses Labyrinthes kann aber auch eine Abdichtung und Führung gemäss Fig. 11 mit entsprechend gekrümmten Bunden und Ausnehmungen im Isolierkörper erfolgen.
Auf die Darstellung der Stromführung über ein Anschlussstück, die Magnetspule und die Verbindungsmittel zu der beweglichen Elektrode und über die feste Elektrode auf Masse wurde in den Fig. 11 und 12 verzichtet. Eine solche ist beispielsweise gemäss der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform möglich: sie kann aber aufjede beliebige andere Weise erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit für eine Abreisszündkerze, bei der eine bewegliche Elektrode quer zur Achse des Gehäuses mit feststehenden Elektroden zusammenarbeitet, ist in Fig. 13 und 14 dargestellt. In der Kammer 32 des Gehäuses 31 sind zwei stationäre Magnetspulen 84 und 85 im wesentlichen parallel zur Zündkerzenlängsachse angeordnet. Eine weitere Ma- gnetspule 86 ist beweglich auf einer Schiene 87 zwischen den Spulen 84 und 85 verschiebbar. Die einander gegenüberstehenden Polstücke der Kerne der Spulen 84 und 86, sowie der Spulen 85 und 86 sind dabei derart ausgebildet, dass sie gut aufeinanderpassen. Bei zunehmender Entfernung der Spule 86 durch Verschieben auf der Schiene 87 bildet sich ein gleichmässiger Luftspalt zwischen den Polstücken aus.
Die Stromführung erfolgt von einem Anschlussstück 52 über einen Schalter 65 jeweils auf ein Ende der Spulen 84 und 85. Das andere Wicklungsende der Spulen 84 und 85 ist mit der leitenden
Schiene 87 verbunden. Von dieser Schiene 87 fliesst der Strom über einen geeigneten Abnehmer durch die Spule 86, von dort auf das Verbindungsstück 71 und die bewegliche Elektrode 89.
Von dieser fliesst der Strom über eine der stationären Elektroden 92 oder 93, den Elektrodenring 91 und die Überwurflhülse 45 auf Masse ab. Die Befestigung des Verbindungsstückes 71 sowie der Scheibe 91 und des wie in allen bisherigen Fällen mehrteilig ausgebildeten Isolierkörpers 73 erfolgt mittels der Überwurflhülse 45. Die Führung des Verbindungsstückes 71 erfolgt - wie anhand von Fig. 11 gezeigt - über die Bunde 72 und die in dem Isolierkörper 73 angebrachten Ausnehmungen 74. Die Verbindung mit der beweglichen Spule 86 ist über eine Ausnehmung in deren Kern und einen Zapfen 88 an dem Verbindungsstück 71 hergestellt.
Die an dem Anschlussstück 52 ankommenden Zündimpulse werden von dem Schalter 95 alternierend auf die Spulen 84 oder 85 gelegt. Die Wicklungen sind auf den Spulen derart aufgebracht, dass an den einander gegenüberliegenden Polstücken der jeweils erregten Spulen - d.h. einer der festen Spulen 84 oder 85 und der beweglichen Spule 86 - entgegengesetzte Magnetpole entstehen, die einander anziehen. Hierdurch wird die bewegliche Spule 86, sobald sich ein starkes Magnetfeld aufgebaut hat, zu der entsprechenden feststehenden Magnetspule hingezogen, so dass die beweglichen Elektrode 89 von der entsprechenden stationären Elektrode unter Funkenerzeugung wegbewegt wird.
Bei der in Fig. 13 darge stellten Stellung des Schalters 95 und der beweglichen Spule
86 würde demnach die bewegliche Spule 86 nach rechts be wegt werden und damit die bewegliche Elektrode 89 von der stationären Elektrode 92 entfernt werden. Wenn die beweg liche Elektrode 89 von der stationären Elektrode 92 genügend weit entfernt ist, bricht der Stromfluss zusammen. Sämtliche
Spulen sind jetzt unerregt bis der nächste Zündimpuls an dem Anschlussstück 52 ankommt. Die bewegliche Spule 86 bewegt sich aufgrund ihrer Trägheit und der zuerst auf sie ausgeübten Kraft so lange nach rechts bis die bewegliche Elektrode 89 an der stationären Elektrode 93 anliegt.
Durch diese Bewegung der beweglichen Elektrode 86 wird gleichzeitig der Schalter 95 in seine andere Schaltstellung gebracht, so dass bei dem näch sten ankommenden Zündimpuls der Strom über die Magnetspule 84 auf die Schiene 87 fliesst. Hierdurch wird erreicht, dass die bewegliche Spule 86 und die Spule 84 sich anziehen und damit die bewegliche Elektrode 89 von der festen Elek trode 93 wegbewegt wird. Man erreicht also mit der genannten Anordnung, dass die bewegliche Elektrode 89 zwischen den beiden stationären Elektroden 92 und 93 hin- und herpendelt.
Die Betätigung des Schalters 95 kann beispielsweise über einen Federstab 94 erfolgen, der an der beweglichen Spule 86 und an einem Zapfen 96 drehbar angelenkt ist und über einen
Mitnehmer 97 auf den Schalter 95 einwirkt. Bei einer Verschiebung der beweglichen Spule 86 wird auf diese Weise der
Schalter 95 betätigt. Durch eine geeignete Anordnung von
Mitnehmer 97 und Schalter 95 lässt sich erreichen, dass die Umschaltung erst dann eintritt, wenn die bewegliche Spule 86 einen gewissen Weg zurückgelegt hat und der Strom bereits unterbrochen ist.
Durch den Federstab 94 und eine geeignete, von einer Kreisbahn mit dem Radius des Länge des Federstabes 94 abweichenden Bahnkurve 87 kann gemäss Fig. 14 erreicht werden, dass die bewegliche Spule 86 in ihren Enstellungen festgeklemmt wird. Dieser Zustand ist in Fig. 14a dargestellt.
Wenn die bewegliche Spule 86 durch die Wirkung der Magnetfelder aus dieser Ruhelage entfernt wird, erfolgt dies zuerst gegen die Wirkung des Federstabes 94. Anschliessend wird gemäss Fig. 14b die Abreissbewegung zwischen den Elektroden durch die Wirkung des Federstabes 94 verstärkt, da dieser das Bestreben zeigt, sich zu entspannen. Im Durchgang durch die Mittellage zwischen den beiden festen Spulen 84 und 85 ist der Federstab 94 entspannt, wie in Fig. 14c dargestellt ist. Die Bewegung der beweglichen Spule 86 wird nach dem Durchgang durch die Mittellage durch ein Spannen des Federstabes abgebremst, da der Krümmungsradius der Bahn hier wieder abnimmt. Hierdurch wird erreicht, dass die bewegliche Elektrode 89 nicht zu heftig gegen die jeweilige feste Elektrode schlägt.
Da kurz vor dem Ende der Bahn 87 der Radius wieder zunimmt, wird die bewegliche Spule 86 in ihrer Endstellung festgeklemmt, so dass wieder der in Fig. 14a dargestellte Zustand erreicht ist. Selbstverständlich darf bei dieser speziellen Ausführungsform die bewegliche Spule 86 nicht in ihrer gesamten Länge auf der Führung 87 aufliegen, sondern bevorzugt nur an beiden Enden.
Der Schalter 95 und sein Betätigungsmechanismus können vermieden werden, wenn man die Zündkerze mit zwei Stromzuführungen versieht, die direkt mit den Spulen 84 und 85 verbunden sind. Durch geeignete Anordnungen, wie beispielsweise die Verwendung von einer doppelten Anzahl von Kontakten im Unterbrechergehäuse, wird alternierend jeweils auf eine der Stromzuführungen ein Zündimpuls gelegt.
Besondere Vorteile ergeben sich bei Verwendung der beschriebenen Zündkerze für Boots- und Schiffsmotoren sowie für andere langsam laufende Motoren, wobei in diesem Zusammenhang, dessen Kaltstarteigenschaften besonders günstig sind; und desweitern sind diese Zündanlagen absolut unempfindlich gegen Feuchtigkeit.
Versuche haben gezeigt, dass Zündanlagen mit den vorliegenden Abreisszündkerzen und Luftzufuhreinrichtung im Ansaugkanal eine wesentliche Reduzierung des Kohlenoxid (CO) und des Kohlenwasserstoffes (CH) sowie eine Brennstoffeinsparung erzielt wird.
Auch bei herkömmlichen Zündanlagen für Verbrennungsmotoren wird mit der Anordnung einer Luftzufuhreinrichtung eine Reduzierung der Abgase und des Brennstoffverbrauches erzielt.
Bei einer Vergrösserung der Luftkorrekturendüse um ca.
30iO und der Leerlaufdüse um 100%, der sonst üblichen Vergaserdüsen, konnte eine Reduzierung der Abgase erzielt werden. Diese führte jedoch zu einer geringeren Motorenleistung was bei der Anordnung einer Luftzufuhreinrichtung nicht der Fall ist.