DE10110280A1 - Separat befestigbare Zündspule mit progressiv gewickelter Sekundärwicklung - Google Patents
Separat befestigbare Zündspule mit progressiv gewickelter SekundärwicklungInfo
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Abstract
Eine Zündspulenanordnung (10) umfaßt einen Kern (28), der aus magnetisch permeablem Material gebildet ist und sich entlang einer Hauptachse ("A") erstreckt, eine Primärwicklung (30), die um den Kern (28) angeordnet ist, eine Sekundärwicklung (36), die auf einem Sekundärwicklungsspulenkörper (34) angeordnet ist, wobei zumindest eine der Zuleitungen der Sekundärwicklung mit einem Abschnitt eines Hochspannungsverbinderanschlusses (88) der Zündspulenanordnung (10) verbunden ist, der zur Verbindung mit einer entfernt angeordneten Zündkerze (14) ausgebildet ist, ein Gehäuse (22), das aus elektrisch isolierendem Material besteht, und eine magnetisch permeable Abschirmung (24), die auswärts von dem Gehäuse (22) angeordnet ist. Die Sekundärwicklung (36) ist progressiv auf den Sekundärwicklungsspulenkörper (34) gewickelt, wodurch Federzustände in Verbindung mit den segmentgewickelten Sekundärwicklungen und das Erfordernis für Polschuhe in dem magnetischen Kreis beseitigt wird, wodurch Komponenten, Kosten, Gewicht und Größe der Zündspulenanordnung (10) verringert werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zündspulen zur Entwicklung
einer Zündspannung, die an eine oder mehrere entfernt befestigte Zünd
kerzen eines Ottomotors angelegt wird.
Bei Zündspulen, die so ausgebildet sind, daß sie in einem Motorraum ei
nes Kraftfahrzeuges von einer Zündkerze entfernt befestigbar sind, ist es
bekannt, daß diese sogenannte "segment"-gewickelte Sekundärwicklungen
umfassen, wie aus dem U. S. Patent Nr. 5,015,982 ersichtlich ist, das von
Skinner et al. eingereicht wurde. Skinner et al. offenbart eine Zündspule,
die für einen Betrieb in einem Abgaszündsystem ausgebildet ist und einen
magnetisch permeablen Kern, eine Primärwicklung und eine Sekundär
wicklung aufweist, die auf einem Sekundärwicklungsspulenkörper ange
ordnet ist. Die ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung sind mit
jeweiligen Hochspannungstürmen zur Verbindung mit entfernt befestigten
Zündkerzen verbunden. Der bei Skinner et al. offenbarte Sekundärwick
lungsspulenkörper umfaßt ferner eine Vielzahl von axial beabstandeten
und sich um den Umfang erstreckenden Rippen, die in Verbindung mit
dem Außendurchmesser (AD) des Spulenkörpers eine Vielzahl von axial
beabstandeten Wicklungsschlitzen definieren. Skinner et al. offenbart, daß
jeder der Wicklungsschlitze eine Spulenwicklung umfaßt.
Entfernt oder getrennt befestigte Zündspulen verwenden herkömmlich ei
ne segmentierte Sekundärwicklung, wie bei Skinner et al. offenbart ist.
Jedoch bestehen bei der Ausbildung mit segmentierter Sekundärwicklung
Nachteile. Zunächst ist es relativ schwierig, einen sogenannten Überkreu
zungsbereich des Sekundärwicklungsspulenkörpers (d. h. einen Bereich,
der einen Übergang der Sekundärwicklung zwischen Wicklungsschlitzen
ermöglicht) mit herkömmlich verwendeten dielektrischen Materialien zu
füllen, wie beispielsweise Epoxidvergußmaterial. Noch größere Schwierig
keiten ergeben sich, wenn Polyestermaterial verwendet wird. Der vorher
beschriebene Nachteil zur Befüllung bestimmter Bereiche mit Epoxidver
gußmaterial führt infolge des Mangels an erforderlicher elektrischer Isolie
rung in der Sekundärschaltung zu bestimmten Fehlerzuständen.
Ein anderer Nachteil mit segmentiert gewickelten Sekundärwicklungen
betrifft den Überkreuzungsbereich selbst, bei dem bestimmte Spannungen
an der Wicklung die Wahrscheinlichkeit eines Schadens erhöhen. Ein
dritter Nachteil ist, daß die axial beabstandeten Rippen die Größe der
Zündspule selbst erhöhen. Insbesondere ist, da sich die Rippen des Spu
lenkörpers radial auswärts relativ zu dem zentral angeordneten Kern er
strecken, die radiale Größe der Spule auch erhöht. Desweiteren ist eine
magnetisch permeable Abschirmung, die herkömmlich vorgesehen ist, um
neben anderen Dingen einen Flußrückführweg zu schaffen, herkömmlich
auch radial um eine entsprechende Strecke auswärts verschoben. Dieser
erhöhte Auswärtsabstand der Abschirmung führt zu dem Erfordernis so
genannter "Polschuhe" an gegenüberliegenden axialen Enden des Kernes
in der Zündspule, um so die nun erhöhte radiale Strecke von Kern zu Ab
schirmung zu überbrücken (d. h. den magnetischen Kreis zu vervollständi
gen). Beispielsweise offenbart Skinner et al., wie oben beschrieben ist, sol
che Polschuhe. Die Polschuhe erhöhen jedoch die Kosten, die Größe und
das Gewicht der Zündspule.
Es ist jedoch auch bekannt, eine sogenannte "Stift"-Zündspule (d. h. eine
relativ schlanke Zündspule, die zur direkten Befestigung über und an ei
ner Zündkerze ausgebildet ist) zu schaffen, die eine Sekundärwicklung
aufweist, die gemäß eines sogenannten Verfahrens mit "progressiver"
Wicklung auf einen Spulenkörper gewickelt ist, wie in dem U. S. Patent Nr.
5,929,736 gezeigt ist, das von Sakamaki et al. eingereicht wurde. Sa
kamaki et al. offenbart eine Zündspule, die zur direkten Befestigung an
einer Zündkerze ausgebildet ist, aber eine Sekundärwicklung aufweist, die
gemäß einer Technik mit progressiver Wicklung gewickelt ist. Der bei Sa
kamaki et al. offenbarte Sekundärwicklungsspulenkörper weist daher
nicht die axial beabstandeten Rippen auf, die Wicklungsschlitze definie
ren, wie oben beschrieben ist. Jedoch ist es nicht immer möglich oder er
wünscht, eine Zündspule direkt an der Zündkerze zu befestigen. Daher
muß bei vielen Fällen die Spule entfernt befestigt werden, und daher kann
den Lehren von Sakamaki et al. nicht gefolgt werden.
Es besteht daher ein Bedarf, eine verbesserte Zündspule zu schaffen, die
einen oder mehrere der oben beschriebenen Nachteile minimiert oder be
seitigt.
Eine Zündspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch
die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale gekennzeichnet.
Eine Zündspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt
eine progressiv gewickelte Sekundärwicklung, die eine kleinere Packung
als eine vergleichbare segmentgewickelte Zündspulenanordnung zur Folge
hat. Die Erfindung beseitigt ferner Fehlerzustände in Verbindung mit
Zündspulen des Typs, die eine segmentgewickelte Sekundärwicklung auf
weisen. Überdies können infolge beträchtlicher Größenverringerungen be
stimmte Komponenten, die bei entfernt befestigten Zündspulen herkömm
lich vorhanden sind, wie beispielsweise sogenannte "Polschuhe", beseitigt
werden, wodurch eine Zündspulenanordnung geschaffen wird, die weniger
Komponenten aufweist, weniger Materialien verwendet, eine vereinfachte
Kernstruktur vorsieht und damit verringerte Kosten, eine kleinere Größe
und verglichen zu herkömmlichen Konstruktionen ein verringertes Ge
wicht aufweist.
Diese und andere Vorteile werden durch eine Zündspulenanordnung ge
mäß der vorliegenden Erfindung erzielt, die umfaßt: einen Kern, der aus
magnetisch permeablem Material gebildet ist und sich entlang einer
Hauptachse erstreckt, eine Primärwicklung, die um den Kern angeordnet
ist, eine Sekundärwicklung, die an einem Sekundärwicklungsspulenkör
per angeordnet ist, der auch um den Kern angeordnet ist, wobei zumin
dest eines der ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung elektrisch
mit einem Hochspannungsverbinderanschluß verbunden ist, der zur Ver
bindung mit einer entfernt angeordneten Zündkerze ausgebildet ist, ein
Gehäuse, das aus elektrisch isolierendem Material besteht, und eine ma
gnetisch permeable Abschirmung, die außerhalb des Gehäuses angeord
net ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sekundärwicklung
progressiv auf den Sekundärwicklungsspulenkörper gewickelt ist.
Die vorliegende Erfindung ist nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Explosionsansicht einer
Zündspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Zündspulenanordnung von
Fig. 1 in einem teilweise zusammengebauten Zustand ist;
Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Ansicht der Zündspulen
anordnung von Fig. 1 in einem vollständig zusammenge
bauten und vergossenen Zustand ist;
Fig. 4 eine vereinfachte Schnittansicht der in Fig. 3 gezeigten
Zündspulenanordnung im wesentlichen entlang der Linien
4-4 ist;
Fig. 5 eine vereinfachte Schnittansicht der in Fig. 3 gezeigten
Zündspulenanordnung im wesentlichen entlang Linien 5-5
ist; und
Fig. 6 eine vereinfachte Schnittansicht eines Abschnittes der
Spulenanordnung der in Fig. 1 gezeigten Zündspulenan
ordnung ist.
In den Zeichnungen sind in allen Ansichten für gleiche Komponenten glei
che Bezugszeichen verwendet. Fig. 1 ist eine perspektivische Explosions
ansicht einer Zündspulenanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfin
dung. Wie allgemein bekannt ist, kann eine Zündspulenanordnung 10
beispielsweise mit einem Zündsystem 12 gekoppelt sein, das eine Primär
anregungsschaltung zur Steuerung der Ladung und Entladung der Zünd
spulenanordnung 10 umfaßt. Ferner wird, wie auch gut bekannt ist, die
relativ hohe Spannung, die durch die Zündspulenanordnung 10 erzeugt
wird, an eine herkömmliche Zündkerze 14, die von der Zündspulenanord
nung 10 entfernt befestigt ist, über ein herkömmliches Zündkabel 15 ge
liefert. Die Zündkerze 14 kann über ein Gewinde in einer Zündkerzenöff
nung in einem Brennraum des Motors gehalten werden (wie herkömm
lich). Das resultierende Zündereignis kann dazu verwendet werden, eine
Verbrennung in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuleiten.
Ein derartiger Motor (nicht gezeigt) kann dazu verwendet werden, bei
spielsweise ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Das Zündsystem 12, die Zünd
kerze 14 und das Zündkabel 15 führt herkömmliche Funktionen aus, die
in der Technik gut bekannt sind.
Die in Fig. 1 gezeigte Zündspulenanordnung 10 ist zur Verwendung mit
einem Sechs-Zylinder-Motor ausgebildet und ferner für einen Betrieb in
einem sogenannten verteilerlosen Zündsystem (DIS) ausgebildet, bei dem
eine gegebene Sekundärwicklung mit zwei Zündkerzen verbunden ist (d. h.
ein sogenanntes Waste-Spark-System).
Die Zündspulenanordnung 10 ist zur Anbringung in einem Motorraum
eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise an einem Motor (oder einem Anteil
desselben) direkt oder an einer Seitenwand oder dergleichen des Motor
raumes ausgebildet. In jedem Fall ist die Zündspulenanordnung 10 von
der Zündkerze 14 entfernt befestigt, wodurch eine elektrische Verbindung
erforderlich ist, wie beispielsweise ein Zündkabel 15, um einen richtigen
Betrieb sicherzustellen.
Die nachfolgend detailliert beschriebene Konfiguration für eine Zündspu
lenanordnung verringert Größe, Kosten und Gewicht durch Verwendung
einer progressiv gewickelten Sekundärwicklung anstelle einer segmentge
wickelten Sekundärwicklung. Andere Vorteile, wie beispielsweise die Be
seitigung von Fehlerzuständen in Verbindung mit der segmentgewickelten
Sekundärwicklung werden auch erzielt, wie beschrieben wird.
Nachfolgend wird nun eine bevorzugte Ausführungsform detailliert be
schrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt gemäß der vorliegenden Erfin
dung eine Zündspulenanordnung 10 eine Spulen- und Modulanordnung
16 (umfassend eine Spulenanordnung 18 und eine Modulanordnung 20),
eine Gehäuseanordnung 22, eine Abschirmung 24 und eine oder mehrere
Spulenabdeckungen, die in den Zeichnungen mit 26 1, 26 2 und 26 3 be
zeichnet sind (am besten in Fig. 3 gezeigt).
Spulenanordnungen 18 1-4, 18 2-5 und 18 3-6 sind jeweils allgemein zur
Transformation einer relativ niedrigen Spannung (beispielsweise 12 Volt,
die von einer herkömmlichen Fahrzeugbatterie erhalten werden) auf eine
relativ hohe Spannung ausgebildet, die ausreichend ist, um einen Licht
bogen über den Spalt der Zündkerze zu erzeugen. Da die veranschaulichte
Ausführungsform zur Verwendung in einem Waste-Spark-System ausge
bildet ist, zündet jede Spulenanordnung 18 zwei Zündkerzen, die in jewei
ligen Zylindern des Motors angeordnet sind. Beispielsweise sieht die Spu
lenanordnung, die mit 18 1-4 bezeichnet ist, eine Zündspannung für Zünd
kerzen vor, die in Motorzylindern mit den Nr. 1 und 4 angeordnet sind.
Dieses Ergebnis wird durch Verbinden erster und zweiter Enden der Se
kundärwicklung mit jeweiligen Hochspannungstürmen für jeden Zylinder
erreicht, die dann mit den Kerzen für die Zylinder mit den Nrn. 1 und 4
über mehrere Kabel 15 verbunden sind. Die Zündspulenanordnung 10
umfaßt ferner eine Spulenanordnung 18 2-5 für Zylinder mit den Nrn. 2
und 5 und eine Spulenanordnung 18 3-6 für Zylinder mit den Nrn. 3 und 6.
Fig. 6 zeigt ein Detail eines Teils einer Spulenanordnung 18, wobei jede
Spulenanordnung 18 i (wobei i = 1-4, 2-5 oder 3-6 ist) eine Primärwick
lungsanordnung, die einen Kern 28 und eine Primärwicklung 30 umfaßt,
dielektrisches Material, wie beispielsweise Epoxidvergußmaterial 32, einen
Sekundärwicklungsspulenkörper 34 und eine Sekundärwicklung 36 um
faßt, die auf den Sekundärwicklungsspulenkörper 34 progressiv gewickelt
ist.
Der Kern 28 kann länglich sein und eine damit in Verbindung stehende
Hauptachse in Längsrichtung aufweisen, die in der Figur als Achse "A" be
zeichnet ist. Der Kern 28 umfaßt ein oberes erstes Ende und ein unteres
zweites Ende. Der Kern 28 umfaßt magnetisch permeables Material, wie
beispielsweise eine Vielzahl von Silizium-Stahl-Laminierungen oder alter
nativ dazu kunststoffbeschichtete Eisenpartikel, die in einem Formpreß
vorgang geformt sind, wie in der Technik bekannt und beispielsweise in
dem U. S. Patent Nr. 5,015,982 mit dem Titel "IGNITION COIL" offenbart
ist, das hier vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Wie gezeigt
ist, kann der Kern 28 eine im wesentlichen zylindrische Form annehmen
(die eine allgemein kreisförmige Form im radialen Querschnitt ist, wie in
Fig. 4 gezeigt ist).
Die Primärwicklung 30 kann direkt auf den Kern 28 gewickelt sein, jedoch
ist bei einer zusammengebauten Ausführungsform die Primärwicklung 30
auf einen Primärwicklungsspulenkörper (nicht gezeigt) mit herkömmli
chem Aufbau gewickelt. Die Primärwicklung 30 umfaßt erste und zweite
Enden und ist so ausgebildet, um einen Primärstrom Ip zum Laden der
jeweiligen Spulenanordnung (d. h. eine von 18 1-4, 18 2-5 oder 18 3-6) bei
Steuerung des Zündsystemes 12 vorzusehen. Die Wicklung 30 kann unter
Verwendung bekannter Methoden und herkömmlicher Materialien ausge
führt sein. Beispielsweise bestand bei einer Ausführungsform die Primär
wicklung 30 aus 166 Windungen (166T) mit einem polyesterbeschichteten
Draht mit #20 AWG einfacher Bauart in zwei Lagen für einen Nennpri
märstrom Ip mit 10A Spitze. Es sei zu verstehen, daß das Vorhergehende
lediglich beispielhafter anstatt begrenzender Natur ist. Fachleute können
basierend auf bestimmten Konstruktionskriterien alternative Konfigura
tionen entwickeln.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt die Primärwicklungsanordnung ferner ein
Paar von Stäben, die aus einem nicht leitfähigen Material, wie beispiels
weise Kunststoff (beispielsweise das Spulenkörpermaterial) bestehen und
auf die zeitweise die ersten und zweiten Enden der Primärwicklung 30 ge
wickelt sind. Ein derartiger Stab, der als Stab 38 bezeichnet ist, ist in Fig.
5 gezeigt. Somit existieren für die drei Primärspulenanordnungen sechs (6)
Stäbe ähnlich dem Stab 38.
Die Stäbe ragen entweder radial oder axial von der jeweiligen Spulenan
ordnung 181 nach außen vor, um einen Stab oder dergleichen zu bilden,
der nachfolgende Verbindungen zu entsprechenden Metallanschlüssen der
Modulanordnung 20 ermöglicht. Insbesondere werden, nachdem die Pri
märwicklung auf den Spulenkörper gewickelt worden ist, die Enden bis
später an die Stäbe 30 gewickelt. Dann werden die Enden während des
endgültigen Zusammenbaues von dem Stab 38 abgewickelt, zu dem Modul
20 verlängert und direkt auf dieses gewickelt.
Fig. 6 zeigt, daß die Primärwicklungsanordnung auch einen Kappenab
schnitt 40 umfaßt, der an dem oberen Ende des Kernes 28 angeordnet ist
und ein Abschnitt des Primärwicklungsspulenkörpers (nicht gezeigt) sein
kann. Der Kappenabschnitt 40 umfaßt ein mechanisches Anschlagmerk
mal 42, das sich über einen vorgewählten Umfangsbereich radial nach
außen erstreckt.
Zwischen dem Außendurchmesser (AD) der Primärwicklung 30 und einem
Innendurchmesser (ID) eines Sekundärwicklungsspulenkörpers 34 ist ein
ringförmiger Raum ausgebildet, der einen Verguß-"Kanal" definiert. Dieser
"Kanal" wird während des Zusammenbaues mit Vergußmaterial 32 befüllt.
Das Vergußmaterial 32 dient der Funktion der elektrischen Isolierung und
sieht einen Schutz vor Umgebungsfaktoren vor, die während der Lebens
dauer der Zündspulenanordnung 10 auftreten können. Fachleuten ist ei
ne Anzahl von geeigneten Epoxidvergußmaterialien gut bekannt.
Der Sekundärwicklungsspulenkörper 34 ist so ausgebildet, um eine Se
kundärwicklung 36 aufnehmen und halten zu können. Der Spulenkörper
34 ist benachbart zu und radial auswärts von den Zentralkomponenten
angeordnet, die einen Kern 28 und eine Primärwicklung 30 (zusätzlich zu
Epoxidvergußmaterial 32) umfassen. Vorzugsweise steht der Spulenkörper
34 in koaxialer Beziehung zu dem Kern 28 und der Primärwicklung 30.
Der Spulenkörper 34 ist allgemein aus elektrisch isolierendem Material
gebildet, das Eigenschaften aufweist, die zum Gebrauch in einer Umge
bung mit relativ hoher Temperatur geeignet sind. Beispielsweise kann der
Spulenkörper 34 ein Kunststoffmaterial umfassen, wie einen thermopla
stischen Polybutylenterephthalat-(PBT)-Polyester.
Der Sekundärwicklungsspulenkörper 34 umfaßt einen Ansatz oder eine
Schulter 44, die an einem oberen axialen Ende desselben angeordnet ist
und sich von einem allgemein zylindrischen Spulenkörper 46 mit glatter
Außenfläche erstreckt.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt der Sekundärwicklungsspulenkörper 34
auch einen ersten Hochspannungsanschluß 48 und einen zweiten Hoch
spannungsanschluß 50, der vorzugsweise in dem Spulenkörper mittels
Insert-Technik ausgebildet ist. Anschlüsse 48 und 50 umfassen elektrisch
leitfähiges Material, wie beispielsweise Metall. Diese HV-Anschlüsse 48, 50
sind zur Verbindung mit entsprechenden HV-Türmen auf eine unten be
schriebene Art und Weise ausgebildet.
Die Sekundärwicklung 36 ist, wie oben beschrieben ist, auf einen Spulen
körper 34 gewickelt und umfaßt erste und zweite Enden oder Zuleitungen.
Jedes Ende ist mit einem jeweiligen der Hochspannungsanschlüsse 48
und 50 verbunden. Wie bekannt ist, dient eine Unterbrechung eines Pri
märstromes Ip durch Primärwicklung 30, die durch das Zündsystem 12
gesteuert ist, dazu, an diesen Enden der Sekundärwicklung 36 eine Hoch
spannung zu erzeugen. Gemäß der Erfindung ist die Sekundärwicklung
36 nach der Methode mit progressiver Wicklung gewickelt, wie allgemein
beispielsweise aus dem U. S. Patent Nr. 5,929,736 mit dem Titel "ENGINE
IGNITION COIL DEVICE AND METHOD OF WINDING AN IGNITION COIL"
bekannt ist, die von Sakamaki et al. eingereicht wurde und zu diesem
Zweck hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Insbesondere wird die
progressiv gewickelte Sekundärwicklung 36 mit einer vorbestimmten An
zahl von Lagen ausgebildet, wobei jede Lage der Sekundärwicklung 36
unter vorgewählten Winkeln in einer Axialrichtung auf der glatten Außen
fläche eines Spulenkörpers 46 angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform
umfaßt die Sekundärwicklung 36 15.272 Windungen (plus oder minus 20
Windungen) aus Draht mit #41 AWG schwerer Bauart mit einem damit in
Verbindung stehenden Widerstand zwischen etwa 4200-5200 Ohm bei
25°C (plus oder minus 10°C) und mit einer Nennhöhe der Sekundärwick
lung von 1,64 Millimetern.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Modulanordnung 20 so ausgebildet, um
zwischen den Wicklungsanordnungen 18 i und dem Zündsystem 12 eine
Schnittstelle zu schaffen. Die Modulanordnung 20 ist ferner so ausgebil
det, daß sie eine Stromversorgungsschaltung umfaßt, die dazu dient, ei
nen Primäranregungsstrom in Ansprechen auf elektronische Zündein
stellungsbefehlssignale von dem Zündsystem 12 zu liefern. Diese Funkti
on ist in der Technik gut bekannt und wird daher nicht detaillierter be
schrieben. Die Modulanordnung 20 umfaßt einen Verbinderkörper 52 für
Niederspannung (LV), einen Zuleitungsrahmen mit einer ersten Vielzahl
elektrisch leitfähiger Anschlüsse 54 und einer zweiten Vielzahl elektrisch
leitfähiger Anschlüsse 56, ein Gel-Füllmaterial 58, eine Modulabdeckung
60, ein Ausrichtungsmerkmal 62, ein Substrat 63 und eine Rückenplatte
64.
Der Verbinderkörper 52 umfaßt allgemein ein elektrisch isolierendes Ma
terial mit Eigenschaften, die zum Gebrauch in einer Umgebung mit relativ
hoher Temperatur geeignet sind. Beispielsweise kann der Verbinderkörper
52 Kunststoffmaterial umfassen, wie beispielsweise ein thermoplastisches
Polybutylenterephthalat-(PBT)-Polyester, das kommerziell mit der Han
delsbezeichnung RYNITE® Spezifikation RE5220 BK533 von E. I. du Pont
de Nemours und Company, Wilmington, Delaware, USA erhältlich ist. Es
sei zu verstehen, daß eine Vielzahl alternativer Materialien, die für den
Verbinderkörper 52 verwendet werden können, Fachleuten bekannt sind
und das Vorhergehende daher nur beispielhafter und nicht begrenzender
Natur ist.
Anschluß 54 sieht eine vorstehende Verbinderhälfte vor, die in Zusam
menwirken mit einem entsprechenden aufnehmenden Verbinder mit In
dustriestandard eine elektrische Verbindung bildet, die Signale von dem
Zündsystem 12 überträgt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform
sind sechs Anschlüsse 54 entsprechend den folgenden Signalen vorgese
hen: Masse (GND), elektronische Zündeinstellung niedrig (EST LO), elek
tronische Zündeinstellung für Zylinder 1 und 4 (EST 1/4), elektronisches
Zündeinstellsignal für Zylinder 2 und 5 (EST 2/5), elektronische Zündein
stellung für Zylinder 3 und 6 (EST 3/6) und Batteriespannung (B+). Wie
allgemein bekannt ist, beginnt die Einführung eines der elektronischen
Zündeinstellungssignale ein "Verweil"-Intervall, das endet, wenn ein sol
ches Signal unterbrochen wird. Während des Verweilintervalles baut sich
ein Primärstrom Ip auf. Eine Unterbrechung des Primärstromes bewirkt
eine durch die Spule erzeugte Hochspannung, die in der Zündkerze eine
entsprechende Zylinderzündung zur Folge hat.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform beträgt die Anzahl der An
schlüsse 56 sechs (6), nämlich zwei Anschlüsse für jede der Spulenanord
nungen 181. Insbesondere ist für jede Spulenanordnung 18 i ein "B+"-
Anschluß und ein "C-"-Anschluß vorgesehen. Der B+-Anschluß dient zur
Verbindung eines hohen Seitenendes einer jeweiligen Primärwicklung 30
mit einer Batteriespannung. Der "C-"-Anschluß dient zur Verbindung ei
nes zweiten niedrigen Seitenendes einer jeweiligen Primärwicklung 30 mit
der oben beschriebenen Leistungsschaltung zur selektiven Verbindung
mit Masse gemäß einem der elektronischen Zündeinstellungssignale (EST-
Signale). Aus dem Vorhergehenden wird offensichtlich, daß die Modu
lanordnung 20 selektiv eine jeweilige der Primärwicklungen 30 zwischen
Batteriespannung und Masse anordnen kann, um durch diese einen Pri
märstrom Ip herzustellen.
Das Gelmaterial 58 umfaßt ein Material, das zur Verwendung bei der Ein
kapselung von Halbleiterelektronikvorrichtungen und damit in Verbin
dung stehenden Energieverbindungen geeignet ist.
Die Modulabdeckung 60 besteht allgemein aus elektrisch isolierendem
Material und kann beispielsweise das PBT-Material umfassen, das oben
beschrieben und kommerziell unter der Handelsbezeichnung RYNITE®
RE5220 BK533 von der E. I. du Pont de Nemours und Company,
Wilmington, Delaware, USA, erhältlich ist. Selbstverständlich kann dies
durch andere Materialien, die Fachleuten bekannt sind, ersetzt werden
und bleibt dennoch innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Er
findung.
Das Ausrichtungsmerkmal 62 umfaßt einen sich seitlich erstreckenden
Kanal, der so geformt und bemessen ist, um ein entsprechendes Aus
richtungsmerkmal 94 aufnehmen zu können, das in dem Gehäuse 22
ausgebildet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Ausrich
tungsmerkmal 94 eine Seitenwand 72.
Das Substrat 63 umfaßt elektrisch isolierendes Material und kann bei
spielsweise eine 96% Aluminiumoxidkeramik sein. Das Substrat 63 kann
die oben beschriebene herkömmliche Stromversorgungsschaltung umfas
sen.
Die Rückenplatte 64 dichtet den Innenraum des Verbinderkörpers 52 für
Niederspannung (LV) ab und kann Aluminiummaterial umfassen. Das
Substrat 63 kann an der Rückenplatte 64 durch Verwendung eines geeig
neten Klebstoffes befestigt sein, und durch die Rückenplatte 64 kann
Wärme sicher abgegeben werden. Zwischen dem Substrat 63 und dem
Zuleitungsrahmen (der teilweise als Anschlüsse 54 und 56 gezeigt ist) sind
Drähte (nicht gezeigt) vorgesehen, um elektrische Verbindungen zwischen
der Stromversorgungsschaltung und den oben beschriebenen Anschlüs
sen 54 und Anschlüssen 56 herzustellen.
Fig. 1 zeigt, daß die Gehäuseanordnung 22 ein Behältnis zur Aufnahme
verschiedener Unteranordnungen bildet. Die Gehäuseanordnung 22 um
faßt eine Basiswand 66 mit einer Innenfläche 68 und einer Außenfläche
70 (am besten in Fig. 5 gezeigt), wobei eine Vielzahl von Seitenwänden 72
einen Innenraum 74 definiert. Die Gehäuseanordnung 22 ist durch eine
obere Öffnung 76 (am besten in Fig. 5 gezeigt) zu einem Ende hin offen.
Die Gehäuseanordnung 22 umfaßt ferner mehrere Türme 78, nämlich ei
nen für jeden Zylinder. In den Figuren entspricht Turm 78 1 dem Zylinder
mit der Nummer 1 des Motors, Turm 78 2 entspricht dem Zylinder mit der
Nummer 2 des Motors usw. bis zu Turm 78 6, der dem Zylinder mit der
Nummer 6 des Motors entspricht. Die Gehäuseanordnung 22 umfaßt fer
ner eine Vielzahl von Trennwänden 80 1 und 80 2, die sich allgemein in ei
ner Richtung rechtwinklig zu der Basiswand 66 erstrecken. Die Trenn
wände 80 1 und 80 2 definieren eine Vielzahl von Hohlräumen 82 1, 82 2 und
82 3, die so ausgestaltet sind, um eine entsprechende Spulenanordnung
18 1 aufnehmen zu können (wie am besten in Fig. 2 gezeigt ist). Die Gehäu
seanordnung 22 umfaßt ferner eine Vielzahl von Ausrichtungsschienen
84, um Spulenzusammenbauten beim endgültigen Zusammenbau zu er
leichtern und auszurichten.
Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist jeder Hohlraum 82 1, 82 2 und 82 3
teilweise durch einen ersten Abschnitt einer Basiswand 66 (insbesondere
die Innenfläche 68 desselben) definiert und durch eine vorherbestimmte
Form gekennzeichnet. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Form im
Querschnitt im wesentlichen U-förmig und kann entlang seiner Längs
ausdehnung eine Zylinderform aufweisen.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann die Gehäuseanordnung 22 ferner eine Hülse
86, eine Vielzahl von Hochspannungsverbinderanschlüssen 88, von denen
jedem eine entsprechende Federkontaktanordnung 90 zugeordnet ist, ein
Abstandsmerkmal 92 und ein Ausrichtungsmerkmal 94 umfassen. Die
Türme 78 umgeben die HV-Verbinderanschlüsse 88. Die Türme 78 und
Verbinderanschlüsse 88 sind so bemessen und ausgebildet, um einen
herkömmlichen "Kappen"-Abschnitt eines Zündkabels 15 (nicht gezeigt)
aufnehmen zu können.
Die Gehäuseanordnung 22 kann aus elektrisch isolierendem Material be
stehen und kann beispielsweise das PBT-Material umfassen, das oben be
schrieben wurde und kommerziell mit der Handelsbezeichnung RYNITE®
von E. I. du Pont de Nemours und Company, Wilmington, Delaware, USA,
kommerziell erhältlich ist.
Fig. 1 zeigt eine Abschirmung 24 in perspektivischer Ansicht. Die Ab
schirmung 24 umfaßt eine Vielzahl von Zapfen 96 zur Befestigung der Ab
schirmung 24 an einer Außenfläche der Gehäuseanordnung 22. Die Ab
schirmung 24 kann aus magnetisch permeablem Material bestehen, wie
beispielsweise 1008 Stahl. Es können jedoch auch andere Materialien
verwendet werden, wobei dies immer noch innerhalb des Schutzumfanges
der Erfindung liegt.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, können die Spulenabdeckungen 26 1,
26 2 und 26 3 aus demselben Material wie die Gehäuseanordnung 22 be
stehen, insbesondere aus elektrisch isolierendem Material. Beispielsweise
kann dieses Material das oben beschriebene PBT-Material sein. Die Ab
deckungen 26 1, 26 2 und 26 3 sind so ausgebildet, daß sie mit der Form der
Spulenanordnungen 18 i übereinstimmen und in jeweilige Hohlräume 81 1,
82 2 und 82 3 passen, um eine jeweilige obere Öffnung derselben abzu
dichten.
Anschließend wird der Zusammenbau einer Zündspulenanordnung 10
unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Zunächst können die Spulen
anordnungen 18 hergestellt und vorgetestet werden. Beispielsweise kann
Primärwicklung 30 auf einen Primärwicklungsspulenkörper gewickelt und
über einen bereits geformten Kern 28 angeordnet werden. Als nächstes
kann die Sekundärwicklung 36 gemäß der vorliegenden Erfindung auf
progressive Art und Weise auf einen Sekundärwicklungsspulenkörper 34
gewickelt werden. Die ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung
36 sind mit Hochspannungsanschlüssen 48 und 50 verbunden, die an
schließend in eine "L"-Form (siehe Fig. 5) gebogen werden, wobei ein kur
zes Bein gebildet wird, das parallel zur Achse A liegt (d. h. die lange Achse
der Spulenanordnung 18). Als nächstes kann der Zusammenbau aus Kern
28 und Primärwicklung 30 in einen Innendurchmesserabschnitt eines Se
kundärwicklungsspulenkörpers eingesetzt werden, bis ein mechanischer
Anschlag 52 an der Schulter 44 anliegt. Dieses Merkmal sieht für den
Monteur bezüglich der gewünschten fertigen Orientierung eine positive
Rückmeldung vor. Dieses "Anschlag"-Merkmal ist am besten in Fig. 6 in
einem vollständig zusammengebauten Zustand gezeigt. Erste und zweite
Zuleitungen (beispielsweise Ende 98) der Primärwicklung 30 sind zeitwei
lig auf jeweilige Stäbe 38 gewickelt. Dies vervollständigt den Zusammen
bau für eine der Spulenanordnungen 18 i. Dieser Prozeß wird für weitere
Spulenanordnungen 18 wiederholt, die in der Zündspulenanordnung 10
enthalten sind. Selbstverständlich können an verschiedenen Punkten
während dieses Prozesses sowohl die Primärwicklung 30 als auch die Se
kundärwicklung 36 bezüglich "Unterbrechungen", "Kurzschlüssen" sowie
anderen gewünschten elektrischen Eigenschaften (beispielsweise Wider
stand von einem Ende zum anderen) untersucht werden.
Als nächstes wird die Modulanordnung 20 zusammengebaut. Bei dieser
Phase kann ein Zuleitungsrahmen, der Anschlüsse 54 und 56 umfaßt, in
einem LV-Verbinderkörper 52 mittels Insert-Technik befestigt werden. Das
Substrat 63 wird (beispielsweise unter Verwendung von Klebstoff) an die
Rückenplatte 64 geklebt, Drähte werden geeigneterweise von dem
Substrat 63 zu dem Zuleitungsrahmen verbunden und die Kombination
aus Substrat 63 und Rückenplatte 64 wird an dem Verbinderkörper 52
befestigt. Der innere Hohlraum des Verbinderkörpers 52 wird anschlie
ßend mit Gel 58 befüllt, und die Modulabdeckung 60 wird an dem Verbin
derkörper (beispielsweise unter Verwendung von Klebstoff) befestigt. Dies
beendet den Zusammenbau der Modulanordnung 20. Bestimmte elektri
sche Untersuchungen können dann ausgeführt werden, um sicherzustel
len, daß die gewünschte Herstellung dieser Unteranordnung erreicht wor
den ist.
Als nächstes werden die Spulenanordnungen 18 elektrisch mit der Modul
anordnung 20 verbunden. Dies betrifft den Schritt zur Verbindung der
Zuleitungen der jeweiligen Primärwicklungen 30 (d. h. der Enden 98) mit
entsprechenden Anschlüssen 56 der Modulanordnung 20 (wie in Fig. 1
und Fig. 5 gezeigt ist). Die resultierende Unteranordnung, nämlich die
Spulen- und Modulanordnung 16, die der obersten Ansicht von Fig. 1 ent
spricht, kann nun vollständig untersucht werden, um einen gewünschten
Betrieb sicherzustellen.
Wie nun in Fig. 2 gezeigt ist, wird als nächstes die Spulen- und Modul
anordnung 16 durch Öffnung 76 der Gehäuseanordnung 22 eingesetzt,
bis eine obere Fläche der Gehäuseanordnung 22 im wesentlichen mit dem
oberen Bereich der Modulanordnung 20 (d. h. insbesondere dem oberen
Bereich der Rückenplatte 64) fluchtet. Dabei wirken die Flansche in der
Nähe der Enden der Spulenanordnungen 18 mit Ausrichtungsschienen 84
zusammen, um eine richtige Anordnung der Spulenanordnungen in den
entsprechenden Hohlräumen 82 1, 82 2 und 82 3 sicherzustellen. Die HV-
Anschlüsse 48 und 50 der Spulenanordnungen 18 i sind so, wie sie in das
Gehäuse 22 eingesetzt sind, an einer Unterseite derselben angeordnet. Die
Federkontakte 90 sind in den Hohlräumen angeordnet, so daß sie bei dem
Einsetzen mit den HV-Anschlüssen in Ausrichtung liegen. Die HV-
Anschlüsse 48 und 50 stehen daher mit jeweiligen Federkontakten 90 in
Eingriff, die an dem Boden jedes Hohlraumes 82 1, 82 2 und 82 3 angeordnet
sind. Dieser Kontakt ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen je
dem Ende der Sekundärwicklung 36 und einem jeweiligen HV-
Verbinderanschluß 88. Anschließend kann ein Zündkabel 15 von jedem
der HV-Verbinderanschlüsse 88 mit einer jeweiligen Zündkerze 14 ver
bunden werden, wenn die Zündspulenanordnung 10 in einem Fahrzeug
eingesetzt wird.
Anschließend werden Wicklungsabdeckungen 26 1, 26 2 und 26 3 auf die
oberen Bereiche der Spulenanordnungen 18 1-4, 18 2-5 bzw. 18 3-6 aufgesetzt.
Anschließend wird die Abschirmung 24 so auf die Außenfläche 70 der Ge
häuseanordnung 22 aufgesetzt, daß sich die beiden zentralen Zapfen 96
der Abschirmung 24 durch Trennwände 80 erstrecken. Diese und weitere
Zapfen werden dann verbogen, um die Abschirmung an der Gehäusean
ordnung 22 zu sichern. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. An der Außenfläche 70
des Gehäuses 22 ist ein Ausrichtungsmerkmal ausgebildet, um sicherzu
stellen, daß die Abschirmung 24 korrekt positioniert ist.
Schließlich wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, Epoxidvergußmaterial 32 in den
Innenraum 74 der Gehäuseanordnung 22 geliefert, so daß es in Poren
fließt und diese füllt, um dadurch verschiedene Anteile der Zündspulen
anordnung 10 auf eine für Fachleute bekannte Art und Weise einzukap
seln. Die fertiggestellte Zündspulenanordnung 10 ist in Fig. 3 gezeigt.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ermöglicht eine vorteilhafte Verwendung einer
progressiv gewickelten Sekundärwicklung 36 die Verwendung eines Se
kundärwicklungsspulenkörpers 34, der keine axial beabstandeten Rippen
umfaßt, die Wicklungsschlitze definieren. Insbesondere ermöglicht die
Verwendung der Methode mit progressiver Wicklung für die Sekundär
wicklung 36 die Anordnung des Kernes 28 nahe genug an der Abschir
mung 24, so daß keine Polschuhe verwendet werden müssen, um den
magnetischen Kreis zu vervollständigen. Dies hat eine Zündspulenanord
nung zur Folge, die weniger Komponenten aufweist, leichter ist, weniger
kostet und kleiner als die herkömmlichen Zündspulenanordnungen mit
separater Befestigung sind, die segmentgewickelte Sekundärwicklungen
verwenden. Überdies beseitigt die Verwendung einer progressiv gewickel
ten Sekundärwicklung die Fehlerzustände in Verbindung mit segmentge
wickelten Sekundärwicklungen, wie im Hintergrund der Erfindung be
schrieben ist.
Es sei zu verstehen, daß die obige Beschreibung lediglich beispielhaft an
statt begrenzender Natur ist, wobei die Erfindung nur durch die angefüg
ten Ansprüche beschränkt ist. Von Fachleuten können verschiedene Mo
difikationen und Änderungen ausgeführt werden, die die Prinzipien der
Erfindung verwenden und in deren Schutzumfang fallen.
Claims (15)
1. Zündspulenanordnung (10) mit einem Kern (28), der aus magnetisch
permeablem Material besteht und sich entlang einer Hauptachse ("A")
erstreckt, einer Primärwicklung (30), die um den Kern (28) angeord
net ist, einer Sekundärwicklung (36), die auf einem Sekundärwick
lungsspulenkörper (34) angeordnet ist, der um den Kern (28) ange
ordnet ist, wobei zumindest eines der ersten und zweiten Enden der
Sekundärwicklung (36) mit einem Hochspannungsverbinderanschluß
(88) elektrisch verbunden ist, der zur Verbindung mit einer entfernt
angeordneten Zündkerze (14) ausgebildet ist, einem Gehäuse (22),
das aus elektrisch isolierendem Material besteht, und einer magne
tisch permeablen Abschirmung (24), die auswärts von dem Gehäuse
(22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär
wicklung (36) progressiv auf den Sekundärwicklungsspulenkörper
(34) gewickelt ist.
2. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die progressiv
gewickelte Sekundärwicklung (36) mit einer vorbestimmten Anzahl
von Lagen ausgebildet ist, wobei jede Lage der Sekundärwicklung (36)
unter einem vorgewählten Winkel in einer axialen Richtung auf dem
Spulenkörper (34) angeordnet ist.
3. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Hochspan
nungsverbinderanschluß (88) im wesentlichen von einem Turm (78)
umgeben ist, der eine Öffnung aufweist, um einen Zugang zu dem
Hochspannungsverbinderanschluß (88) zu ermöglichen, wobei der
Turm (78) aus elektrisch isolierendem Material besteht.
4. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse
(22) eine Basiswand (66) aufweist, die eine Innenfläche (68) im Be
reich eines Innenraumes (74) des Gehäuses (22) und eine Außenflä
che (70) aufweist, wobei das Gehäuse (22) ferner mehrere Seitenwän
de (72) aufweist, die sich von der Basiswand (66) erstrecken, um da
durch eine Zugangsöffnung (76) zu dem Innenraum (74) des Gehäu
ses (22) zu bilden, wobei sich der Turm (78) von der Außenfläche (70)
der Basiswand (66) des Gehäuses (22) erstreckt.
5. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 4, wobei die Abschir
mung (24) so ausgebildet ist, daß sie mit der Form der Außenfläche
(70) der Basiswand (66) übereinstimmt.
6. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Abschir
mung (24) so ausgebildet ist, damit sie eine Befestigungshalterung
zur Befestigung der Zündspulenanordnung (10) in einem Motorraum
eines Kraftfahrzeuges bildet.
7. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse
(22) eine Basiswand (66) umfaßt, die eine Innenfläche (68) im Bereich
eines Innenraumes (74) des Gehäuses (22) und eine Außenfläche (70)
umfaßt, wobei das Gehäuse (22) ferner mehrere Seitenwände (72)
umfaßt, die sich von der Basiswand (66) erstrecken, um dadurch eine
Zugangsöffnung (76) zu dem Innenraum (74) des Gehäuses (22) zu
schaffen, wobei der Turm (78) in der Öffnung (76) des Gehäuses (22)
angeordnet ist.
8. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Sekundär
wicklungsspulenkörper (34) radial auswärts von dem Kern (28) ange
ordnet ist, die Primärwicklung (30) radial auswärts von der Sekun
därwicklung (36) angeordnet ist, das Gehäuse (22) auswärts von der
Primärwicklung (30) angeordnet ist und die Abschirmung (24) aus
wärts von dem Gehäuse (22) angeordnet ist.
9. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das andere der
ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung (36) elektrisch mit
einem anderen Hochspannungsverbinderanschluß (78) verbunden
ist, der zur Verbindung mit einer anderen entfernt angeordneten
Zündkerze (14) ausgebildet ist.
10. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 9, wobei die Primärwick
lung (30) radial auswärts von dem Kern (28) angeordnet ist, der Se
kundärwicklungsspulenkörper (34) radial auswärts von der Primär
wicklung (30) angeordnet ist, das Gehäuse (22) radial auswärts von
der Sekundärwicklung (36) auf dem Spulenkörper (34) angeordnet ist
und die Abschirmung (24) auswärts von dem Gehäuse (22) angeord
net ist.
11. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse
(22) einen ersten Hohlraum (821) umfaßt, der teilweise durch einen
ersten Abschnitt einer Basiswand (66) des Gehäuses (22) definiert ist,
wobei der erste Abschnitt der Basiswand (66) eine erste Form auf
weist, wobei der erste Hohlraum (821) derart ausgebildet ist, um eine
erste Spulenanordnung (18) aufnehmen zu können, die den Kern
(28), die Primärwicklung (30), den Sekundärwicklungsspulenkörper
(34) und die Sekundärwicklung (36) umfaßt.
12. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 11, wobei die erste Form
eine im Querschnitt U-förmige Form umfaßt.
13. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 11, wobei die erste Form
eine Zylinderform umfaßt.
14. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse
(22) mehrere Hohlräume (821, 822, 823) umfaßt, die teilweise durch
einen Abschnitt einer Basiswand (66) des Gehäuses (22) definiert
sind, wobei jeder der Hohlräume (821, 822, 823) eine erste Form auf
weist, die so ausgebildet ist, um eine jeweilige Spulenanordnung (18)
aufnehmen zu können, wobei eine der Spulenanordnungen (18) den
Kern (28), die Primärwicklung (30), den Sekundärwicklungsspulen
körper (34) und die Sekundärwicklung (36) umfaßt.
15. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 14, wobei das Gehäuse
(22) ferner ein Trennwand (821) zwischen einem Paar von benach
barten Hohlräumen (821, 822) umfaßt.
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