Durch die DE 199 27 820 C1 ist eine Stabspule bekannt, die
ein in der Grundform zylindrisches Gehäuse aufweist.
Innerhalb des Gehäuses ist, jeweils konzentrisch zu einer
Gehäuselängsachse, eine auf einem äußeren Spulenkörper
angebrachte erste Wicklung, insbesondere eine mit
Niederspannung versorgte Primärwicklung, eine auf einem
inneren Spulenkörper angebrachte zweite Wicklung,
insbesondere eine beim Betrieb der Stabspule Hochspannung
führende Sekundärwicklung, sowie zentral ein zylindrischer
weichmagnetischer Kern angeordnet.
Diese Elemente sind jeweils durch Ringräume voneinander
getrennt, die, zur Isolierung der Elemente, zumindest
teilweise mit elektrisch nichtleitendem Gießharz verfüllt
sind. Insbesondere an die Isolierung zwischen dem inneren
Spulenkörper und dem Kern werden aufgrund des großen
Spannungsgefälles hohe Anforderungen gestellt. Eine
außermittige Lage des Kerns zum inneren Spulenkörper hätte
eine einseitige Reduzierung des Isolationsabstandes zur
Folge, was beim Betrieb der Stabspule zu deren Ausfall
führen kann. Dies muß verhindert werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Stabspule für Zündanlagen mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass die zuvor erwähnte Unzulänglichkeit in
zufriedenstellendem Maß vermieden wird. Dazu ist an dem Kern
der Stabspule ein erstes Positionierungselement angebracht,
das mit einem zweiten Positionierungselement an dem inneren
Spulenkörper fügbar ist.
Dadurch kann der Kern gegenüber dem inneren Spulenkörper
zentriert werden, was sich in fertigungstechnisch
vorteilhafter Weise bei der Montage von selbst einstellt.
Mit einem solchermaßen zentrierten Kern ist dann der
Isolationsabstand des Kerns zu der Hochspannung führenden
zweiten Wicklung umlaufend gleichmäßig. Dies ermöglicht die
gleichmäßige Umhüllung des Kerns mit einem Isolierstoff,
beispielsweise Gießharz. Zudem kann der Kern innerhalb eines
festgelegten Hüllkreises eine beliebige Außenkontur haben,
wobei Fertigungstoleranzen des Kerns weitgehend ausgleichbar
sind.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen für
die Realisierung der Erfindung angegeben.
Zeichnung
Vier Ausführungsbeispiele einer Stabspule sind in der
Zeichnung bereichsweise dargestellt und in der
Figurenbeschreibung näher erläutert. In der Fig. 1 ist in
einer Schnittdarstellung der allgemeine Aufbau einer
Stabspule abschnittsweise und schematisiert dargestellt. Das
erste Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 2, 3, das
zweite Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 4, 5 und das
dritte Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6, 7 gezeigt. In
der Fig. 8 sind 3 Varianten eines ersten
Positionierungselementes, wie es bei dem dritten
Ausführungsbeispiel verwendet wird, dargestellt. In den
Fig. 9, 10 ist das vierte Ausführungsbeispiel gezeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Stabspule 11 für Zündanlagen, insbesondere als
Zündspule in einer Brennkraftmaschine, ist zur
Direktkontaktierung mit einer Zündkerze vorgesehen, die in
üblicher und nicht dargestellter Weise in einen Schacht in
einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist.
Die Stabspule 11 nach der Fig. 1 als weitgehend
rotationssymmetrisches Teil weist ein in der Grundform
zylindrisches Gehäuse 12 auf, in dem eine, auf einem äußeren
Spulenkörper 13 angebrachte erste Wicklung 14, eine, auf
einem inneren Spulenkörper 16 angebrachte zweite Wicklung
17, sowie in zentraler Lage, ein weichmagnetischer Kern 18
angeordnet ist.
Das Gehäuse 12 sowie die beiden Spulenkörper 13, 16 bestehen
aus Kunststoff. Die erste Wicklung 14 ist eine mit
Niederspannung versorgte Primärwicklung, während die zweite
Wicklung 17 eine beim Betrieb der Stabspule 11 Hochspannung
führende Sekundärwicklung darstellt.
Zwischen dem Gehäuse 12, den Spulenkörpern 13, 16 und dem
Kern 18 sind Zwischenräume 19 angeordnet, die mit einem
aushärtbaren, elektrisch isolierenden Gießharz 21 verfüllt
sind.
Der in der Grundform zylindrisch ausgebildete Kern 18
besteht aus geschichteten Lamellen 22 aus kornorientiertem
Eisenblech nach den Fig. 6, 9, die zu einem Lamellenpaket
entsprechend den Fig. 2, 10 zusammengefaßt sind. Auf
diese Weise läßt sich ein zylindrischer Kern 18 durch das
Zusammenfügen unterschiedlich breiter Lamellen 22 wegen der
noch vorhandenen Dicke der Lamellen 22 nur in angenäherter
Form erreichen. Durch das Lamellenpaket ist ein Kern 18
gebildet, der eine gestufte Außenkontur 23 aufweist. Eine
Zentrierung des Kerns 18 innerhalb des inneren Spulenkörpers
16 ist dadurch erschwert.
Um dennoch einen möglichst gleichmäßigen Zwischenraum 19
zwischen einer inneren Mantelfläche 24 des inneren
Spulenkörpers 16 und der Außenkontur 23 des Kerns 18
erzielen zu können, sind an dem Kern 18 ein erstes
Positionierungselement 26 und an dem inneren Spulenkörper 16
ein zweites Positionierungselement 27 angebracht, welche
Positionierungselemente 26, 27 zueinander fügbar sind.
In einem ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2, 3
ist in einem Endbereich 28 des Kerns 18, ausgehend von einer
Stirnseite 29 des Kerns 18 als erstes Positionierungselement
26, eine zentrisch angeordnete quaderförmige Ausnehmung 31
ausgebildet. Die Ausnehmung 31 ist an mehreren zentrisch
angeordneten Positionierungslamellen 32 verkörpert, die
entsprechende Ausstanzungen aufweisen. Alternativ könnte die
Ausnehmung 31 auch an einer einzigen Positionierungslamelle
32 ausgebildet sein. An dem inneren Spulenkörper 16 ist, der
Stirnseite 29 des Kerns 18 gegenüberliegend, ein im
Wesentlichen radial gerichteter Boden 33 ausgebildet.
Alternativ könnte der Boden 33 auch durch einzelne Stege
gebildet sein, die die innere Mantelfläche 24 in einer Ebene
überbrücken.
Zentrisch an dem Boden 33 befindet sich das in der
Grundausrichtung axial verlaufende zweite
Positionierungselement 27 als eine Ausbuchtung 34, das, wie
auch die zweiten Positionierungselemente 27 der weiteren
Ausführungsbeispiele, eine Querschnittsfläche aufweist, die
sich zu einem freien Ende 36 hin vermindert.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das zweite
Positionierungselement 27 als Kegel 37 ausgebildet, der den
Kern 18 bei dessen axialer Zuführung über dessen Ausnehmung
31 in dem inneren Spulenkörper 16 zentriert.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4, 5
ist das erste Positionierungselement 26, wie auch beim
ersten Ausführungsbeispiel, als quaderförmige Ausnehmung 31
in dem Kern 18 ausgebildet.
Das zweite Positionierungselement 27 ist als Ausbuchtung 34
in Form eines Zapfens 38 dargestellt, der an seinem freien
Ende 36 eine Anfasung 39 als Fügehilfe mittels der
Ausnehmung 31 des Kerns 18 aufweist.
Der Zapfen 38 ist zweifach geschlitzt, so dass sich vier
freistehende, axial gerichtete Federstege 41 ergeben, die
beim Fügen mit der quaderförmigen Ausnehmung 36 rückfedernd
radial ausweichen können, so dass sich ein spielfreier Sitz
des Kerns 18 am inneren Spulenkörper 16 ergibt.
In kinematischer Umkehr zu den ersten beiden
Ausführungsbeispielen ist bei dem dritten
Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 bis 8 das erste
Positionierungselement 26 als Ausbuchtung 34 und das zweite
Positionierungselement 27 als Ausnehmung 31 ausgebildet.
Das erste Positionierungselement 26 nach der Fig. 6 tritt
mit halbkreisförmiger Querschnittsfläche aus der Stirnseite
29 heraus und ist in Varianten nach der Fig. 8 als
Ausbuchtung 34 in Form eines zylindrischen Zapfens, der
endseitig angefast ist, in Form eines Kegels und in Form
eines zylindrischen Zapfens, der innenseitig kuppenförmig
ist, ausgebildet.
Das zweite Positionierungselement 27 nach der Fig. 7 ist
als eine Hülse 42 ausgebildet, die in zentraler Lage
lotrecht auf dem Boden 33 des inneren Spulenkörpers 16
aufsteht und am gegengerichteten Ende zur Aufnahme des
ersten Positionierungselements 26 offen ist und hier die
Ausnehmung 31 bildet.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9, 10
ist abweichend von dem dritten Ausführungsbeispiel nur das
erste Positionierungselement 26 hinsichtlich seiner Lage
geändert. Mit gleicher Formgebung ist es nun innerhalb der
Hauptgeometrie des Kerns 18 in einer Senkung 43 des Kerns 18
angebracht. Die Senkung 43 ist so dimensioniert, dass sie
die Hülse 42 aufnehmen kann. Das erste
Positionierungselement 26 schließt mit seinem freiliegenden
Ende an der Stirnseite 29 ab.
Der spezielle Vorteil des vierten Ausführungsbeispiels liegt
in der Reduzierung des Stoffverbrauchs bei der Herstellung
der Positionierungslamellen 32, da hier der Stanzabfall
gering ist.
Alle anderen Geometrien des Kerns 18 nach den
Ausführungsbeispielen 1 bis 3 bieten hingegen den Vorteil,
dass an der Stirnseite 29 ein Magnet angebracht werden kann,
der zur Erhöhung der speicherbaren magnetischen Energie des
Kerns 18 dient. Der Magnet muß hierbei ein konzentrisches
Loch aufweisen, das den Durchgriff des zweiten
Positionierungselements 27 erlaubt.
Alle vorgeschlagenen Ausführungen der
Positionierungselemente 26, 27 der vier Ausführungsbeispiele
erlauben durch den axialen Montagevorgang des Kerns 18 eine
selbständige Zentrierung des Kerns 18 in dem inneren
Spulenkörper 16, so dass sich zwischen der Außenkontur 23
des Kerns 18 und der inneren Mantelfläche 24 ein
gleichmäßiger Zwischenraum 19 ergibt. Der Zwischenraum 19
ist mit dem Gießharz 21 verfüllt, um den Kern 18 in dem
inneren Spulenkörper 16 mechanisch zu stabilisieren und um
eine elektrische Isolationsstrecke zwischen der auf dem
inneren Spulenkörper 16 aufgebrachten zweiten Wicklung 17
und dem Kern 18 zu schaffen. Durch das verfestigte Gießharz
21 kann diese elektrische Isolationsstrecke nicht durch
Verunreinigungen geschwächt werden, sondern bleibt in der
ursprünglichen Güte erhalten.
Ein solchermaßen in dem inneren Spulenkörper 16
positionierter und fixierter Kern 18 ist gegenüber der in
der zweiten Wicklung 17 auftretenden Hochspannung geschützt,
so dass mit dieser Anordnung eine betriebssichere Stabsspule
11 verwirklicht ist.