DE102006019296A1

DE102006019296A1 - Zündspule, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102006019296A1
Application number: DE102006019296A
Authority: DE
Inventors: Werner Steinberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-10-31
Also published as: EP2013885A1; JP2009534861A; US20100026436A1; US7834732B2; EP2013885B1; WO2007125009A1; CN101427330B; CN101427330A

Abstract

Eine Zündspule (10), insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, hat einen inneren Magnetkern (26), der konzentrisch von einer Primärspule (18) und einer Sekundärspule (19) umgeben ist. Der innere Magnetkern (26) besteht aus übereinander geschichteten Blechstreifen (30, 30a; 30, 30b, 30c), wobei die Blechstreifen (30, 30a; 30, 30b, 30c) eine im Wesentlichen rechteckförmige bzw. quadratische Querschnittsfläche des inneren Magnetkerns (26) ausbilden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest der den inneren Magnetkern (26) begrenzende untere und obere Blechstreifen (30a; 30b, 30c) zumindest in Teilbereichen eine gegenüber den anderen Blechstreifen (30) des inneren Magnetkerns (26) in Längsrichtung betrachtet reduzierte Breite (b) aufweist. Dies ermöglicht einen Primärspulenkörper (22) bzw. Sekundärspulenkörper (24) mit vergrößertem Eckenradius (r) und gleichmäßigerer Wickeldichte der Primärspule (18) bzw. der Sekundärspule (19).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Zündspule, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Zündspule ist aus der DE 100 14 115 B4 bekannt. Die bekannte Zündspule weist einen inneren Magnetkern auf, welcher aus lamellenartig ausgebildeten Blechstreifen besteht, welche übereinander geschichtet sind. Die Blechstreifen bilden eine insgesamt rechteckförmige Querschnittsfläche aus. Der innere Magnetkern ist von einem Primärspulenkörper sowie von einem Sekundärspulenkörper konzentrisch umgeben. Die Form des Primärspulenkörpers und des Sekundärspulenkörpers ist der Querschnittsform des inneren Magnetkerns angepasst, wobei der Primär- bzw. der Sekundärspulenkörper entlang der Eckbereiche des inneren Magnetkerns jeweils gerundete Kanten aufweist. Ferner sind die Zwischenräume zwischen dem inneren Magnetkern, der Primärspule mit ihrem Primärspulenkörper und der Sekundärspule mit ihrem Sekundärspulenkörper von einer Isolationsmasse, insbesondere von einem Isolationsharz umgeben, das für die elektrische Isolation zwischen den Spannung tragenden Teilen sorgt.
Bei der Herstellung der Primärspule und der Sekundärspule wird der jeweilige Spulenkörper mit dem Primärdraht beziehungsweise dem Sekundärdraht bewickelt. Dies erfolgt dadurch, dass der Primärspulenkörper beziehungsweise der Sekundärspulenkörper in seiner Symmetrieachse drehbar gelagert ist und bei der Drehung einen Draht von einer Bevorratungsspule abzieht und dabei die entsprechenden Windungen auf dem Primärspulenkörper beziehungsweise dem Sekundärspulenkörper aufgebracht werden. In Folge der geometrischen Ausbildung des Primärspulenkörpers bzw. des Sekundärspulenkörpers mit im wesentlichen rechteckförmiger Querschnittsfläche mit gerundeten Kanten ergeben sich bei der Drehung des Primär- bzw. des Sekundärspulenkörpers, je nach Winkellage des Spulenkörpers entsprechend der 6, Kurve A, unterschiedliche Abzugsgeschwindigkeiten des Drahtes. Diese bewirken, dass in den Eckbereichen des Primärspulenkörpers bzw. des Sekundärspulenkörpers die höchsten Drahtabzugsgeschwindigkeiten herrschen, was zur Folge hat, dass der Primärdraht bzw. der Sekundärdraht mit relativ hoher Spannung am Primärspulenkörper bzw. Sekundärspulenkörper anliegt. Dies bewirkt eine Verdichtung der Drahtlagen in den Eckbereichen der Spulenkörper, welche das anschließende Imprägnieren bzw. Isolieren der Primärspule bzw. der Sekundärspule mit dem Isolationsharz erschwert, da das Harz die Zwischenräume zwischen den einzelnen Drahtlagen nicht mehr so gut auszufüllen vermag. Dadurch ist die elektrische Isolationsfähigkeit bzw. Durchschlagsfähigkeit der Zündspule in den Eckbereichen herabgesetzt.
Bei so genannten Stabzündspulen, das sind Zündspulen, deren Spulen jeweils unmittelbar in einer Bohrung des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine angeordnet sind, ist es üblich, einen kreisförmigen Querschnitt des inneren Magnetkerns vorzusehen ( EP 859 383 A1 ). Hier werden Bleche mit jeweils unterschiedlicher Breite für den inneren Magnetkern verwendet, um den kreisförmigen Querschnitt zu ermöglichen.
Ferner ist es aus dem DE 299 01 095 U1 bekannt, bei einer Stabzündspule einen inneren Magnetkern vorzusehen, welcher einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Lediglich die unterste bzw. oberste Lamelle des Blechpaketes weist jeweils eine reduzierte Breite auf, wobei die Breite etwa ein Drittel bis die Hälfte der Breite der übrigen Blechstreifen beträgt. Dadurch wird gemäß der DE 299 01 095 U1 ein einem Kreisquerschnitt angepasster Querschnitt erreicht. Nachteilhaft dabei ist, dass die Querschnittsfläche des Magnetkerns (im Vergleich zu einem Rechteckquerschnitt) reduziert und somit die magnetischen Eigenschaften des Blechpakets nicht optimal ausgenutzt werden. Ferner bleibt weiterhin die Problematik an den Eckbereichen des Magnetkerns mit erhöhten Drahtabzugsgeschwindigkeiten mit den damit verbundenen nachteilhaften Auswirkungen beim Bewickeln des Primärspulenkörpers bzw. Sekundärspulenkörpers bestehen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündspule, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei größtmöglicher Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche innerhalb der Primär- bzw. Sekundärspule und somit guten magnetischen Eigenschaften des inneren Magnetkerns die lokalen Geschwindigkeitsspitzen am Primär- bzw. Sekundärspulenkörper beim Bewickeln mit dem entsprechenden Draht in den Eckbereichen reduziert werden. Dadurch wird eine weniger dichte Wicklung des Primärspulenkörpers bzw. Sekundärspulenkörpers mit dem Primärdraht bzw. Sekundärdraht in den Eckbereichen ermöglicht, was eine bessere und gleichmäßigere Imprägnierung und somit eine bessere elektrische Isolation der Zündspule ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zündspule, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündspule,
2 einen Schnitt in der Ebene II-II der 1,
3 den aus übereinander geschichteten Blechen bestehenden inneren Magnetkern der Zündspule gemäß der 1 und 2 in perspektivischer Ansicht,
4 und 5 Teilbereiche verschiedener erfindungsgemäßer Zündspulen im Längsschnitt im Bereich des jeweiligen inneren Magnetkerns und
6 den Geschwindigkeitsverlauf beim Bewickeln eines Primär- bzw. eines Sekundärspulenkörpers beim der Technik und gemäß der Erfindung in graphischer Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in der 1 dargestellte Zündspule 10 ist als sogenannte Kompaktzündspule ausgebildet und dient der Bereitstellung der Zündspannung für eine nicht dargestellte Zündkerze einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Die Zündspule 10 weist ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse 11 auf, das über einen am Gehäuse 11 angeformten Anschlussflansch 12 beispielsweise mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Gegenüber dem Anschlussflansch 12 ist ein Anschlussstecker 13 zur Kontaktierung der Zündspule 10 mit der Bordspannung des Kraftfahrzeugs angeformt. Im unteren Bereich weist das Gehäuse 11 ferner einen Anschlussstutzen 14 mit integriertem Hochspannungsbolzen 15 auf, der mit der Zündkerze der Brennkraftmaschine kontaktierbar ist, und die zur Zündung des Gemisches im Zylinderkopf benötigte Zündenergie liefert. Während der Kontakt 17 im Anschlussstecker 13 elektrisch mit einer Primärspule 18 verbunden ist, ist der Hochspannungsbolzen 15 elektrisch mit einer Sekundärspule 19 gekoppelt. Die Primärspule 18 weist eine Primärwicklung 21 auf, welche auf einen Primärspulenkörper 22 aufgewickelt ist. Die Sekundärspule 19 weist eine Sekundärwicklung 23 auf, welche sich auf einem Sekundärspulenkörper 24 befindet. Die Primärspule 18 und die Sekundärspule 19 umgeben konzentrisch einen inneren Magnetkern 26.
Der innere Magnetkern 26 ist an einen äußeren, eine geschlossene Form aufweisenden Magnetkern 27 angekoppelt, welcher auch die Primärspule 18 und die Sekundärspule 19 umgibt. Die beiden Magnetkerne 26 und 27, die Primärspule 18 und die Sekundärspule 19 sind innerhalb des oberen Bereiches 29 des Gehäuses 11 der Zündspule 10 angeordnet, wobei sich die zwischen den einzelnen Bauteilen befindliche Spalte mit einem Isolationsharz 28 ausgefüllt sind, welches bis an die Oberseite des Gehäuses 11 ragt. Im Gegensatz zu einer so genannten Stabzündspule sind bei einer Kompaktzündspule die im Bereich 29 angeordneten Bauteile der Zündspule 10 außer- bzw. oberhalb des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine angeordnet, wogegen der Anschlussstutzen 14, welcher über den Hochspannungsbolzen 15 mit der Zündkerze kontaktiert ist, sich vorzugsweise innerhalb einer Bohrung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befindet. Eine soweit beschriebene Zündspule 10 und deren Funktionsweise ist bereits bekannt und wird daher nicht mehr näher erläutert.
Mit Bezug auf die 3 wird nunmehr der erfindungsgemäße Aufbau des inneren Magnetkerns 26 näher erläutert: Man erkennt, dass der innere Magnetkern 26 aus einer Vielzahl, beispielsweise zehn bis dreißig übereinander geschichteten und miteinander verbundenen, lamellenartig ausgebildeten Blechstreifen 30 besteht. Der Magnetkern 26 bildet insgesamt eine im Querschnitt rechteckige (im Sonderfall ein quadratische) Querschnittsfläche aus. Die Blechstreifen 30 weisen alle die gleiche Dicke d auf, und sind vorzugsweise jeweils durch einen Stanzvorgang hergestellt worden. Man erkennt ferner, dass die Blechstreifen 30 eine im wesentlichen rechteckförmige Grundfläche aufweisen, wobei am einen Ende der Blechstreifen 30 jeweils ein ambossartig geformter Endabschnitt 31 ausgebildet ist.
Wesentlich ist, dass zumindest der oberste sowie der unterste Blechstreifen 30a des Magnetkerns 26 sich von den anderen Blechstreifen 30 in seiner Form unterscheidet. Diese Unterscheidung betrifft zumindest denjenigen Abschnitt der Blechstreifen 30, 30a, welcher im wesentlichen innerhalb der Primärspule 18 bzw. Sekundärspule 19 angeordnet ist. Während die Blechstreifen 30, mit Ausnahme des Endabschnitts 31, eine im wesentlichen konstante Breite B über deren gesamte Längserstreckung aufweisen, ist die Breite b der Blechstreifen 30a im Bereich innerhalb der Primärspule 18 bzw. Sekundärspule 19 um die doppelte Dicke d der Blechstreifen 30, 30a reduziert. Wie man an der 4 erkennt, entstehen entlang der beiden oberen Längskanten (und entsprechend auch entlang der beiden unteren Längskanten) dadurch stufenförmige Eckbereiche 32, wobei die von den Eckbereichen 32 aus dem Magnetkern 26 ausgeschnittenen Flächen 33 jeweils eine im Querschnitt quadratische Form aufweisen. Diese ausgeschnittenen Flächen 33 bewirken, dass der Radius r des Primärspulenkörpers 22, welcher im Ausführungsbeispiel den inneren Magnetkern 26 umgibt, unter Beibehaltung eines nahezu konstanten Spaltes 34 für das Isolierharz 28 im Bereich der Eckbereiche 32 relativ groß ausfallen kann. Da die Formgebung des den Primärspulenkörper 22 umgebenden Sekundärspulenkörpers 24 ebenfalls derart angepasst ist, dass zwischen den beiden Spulenkörpern zur gleichmäßigen Benetzung mit dem Isolierharz 28 ein möglichst gleichmäßig großer Spalt vorhanden ist, kann dementsprechend der entsprechende Radius in den Eckbereichen des Sekundärspulenkörpers 24 ebenfalls relativ groß ausfallen.
Bei dem in der 3 dargestellten Beispiel ist die Breite der Blechstreifen 30a außerhalb der Eckbereiche 32 identisch mit der Breite B der Blechstreifen 30. Ferner weisen die Blechstreifen 30a ebenfalls Endabschnitte 31 entsprechend der Blechstreifen 30 auf. Die Blechstreifen 30a sind entsprechend der Blechstreifen 30 ebenfalls durch einen Stanzvorgang gebildet, wobei hierbei entweder ein separates Stanzwerkzeug verwendet werden kann, oder aber das auch bei den Blechstreifen 30 verwendete, welches durch einen zusätzlichen Stanzschritt für die Einschnürung in den Eckbereichen 32 sorgt.
Bei dem in der 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nicht nur der oberste bzw. unterste Blechstreifen 30b des inneren Magnetkerns 26a in seiner Breite reduziert, sondern auch der unmittelbar unterhalb des Blechstreifens 30b befindliche Blechstreifen 30c. Um auch hier eine im Querschnitt quadratische ausgenommene Fläche 33a in den Eckbereichen 32a bilden zu können, sind die beiden Blechstreifen 30b und 30c in ihrer Breite beidseitig jeweils die zweifache Dicke d reduziert. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 4 kann hierbei der Radius r des Primärspulenkörpers 22 nochmals vergrößert werden.
Zusammenfassend lassen sich somit quadratische Flächen in den Eckbereichen des inneren Magnetkerns 26 aussparen, indem die jeweils obersten und untersten Blechstreifen 30a, b, c in ihrer Breite im Bereich der Primärspule 18 und der Sekundärspule 19 reduziert sind. Die Reduzierung der Breite dieser Blechstreifen 30a, b, c gegenüber der Breite B der nicht in der Breite reduzierten Blechstreifen 30 ergibt sich hierbei aus der Anzahl der betroffenen Blechstreifen 30a, b, c, multipliziert mit der doppelten Dicke eines Blechstreifens 30a, b, c. Durch die quadratisch ausgesparten Flächen lässt sich der Radius r des Primärspulenkörpers 22 und des Sekundärspulenkörpers 24 im Bereich der ausgesparten Flächen vergrößern. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass aus magnetischen bzw. funktionalen Gründen möglichst der gesamte freie Querschnitt des Primärspulenkörpers 22 mit dem inneren Magnetkern 26 ausgefüllt sein sollte, wobei aus thermomechanischen Eigenschaften ein gleichmäßiger (und möglichst großer) Spalt 34 für das Isolationsharz 28 vorhanden sein sollte. Da andererseits durch die reduzierte Breite der oberen und unteren Blechstreifen 30a, b, c gleichzeitig der magnetisch wirksame Querschnitt des inneren Magnetkerns 26 reduziert wird, gilt es einen Kompromiss zu finden mit dem gleichzeitig vergrößerten Radius r an den Spulenkörpern. Bevorzugt sind deshalb die in den 4 und 5 dargestellten Beispiele, bei denen jeweils nur der oberste und unterste bzw. die beiden obersten und untersten Blechstreifen 30a, b, c des Magnetkerns 26 in der Breite um das Doppelte bzw. das Vierfache der Dicke der Blechstreifen 30a, b, c reduziert sind.
Das Bewickeln des Primärspulenkörpers 22 bzw. des Sekundärspulenkörpers 24 mit dem die Primärwicklung 21 bzw. die Sekundärwicklung 23 ausbildenden Draht erfolgt vor der Montage der Bauteile im Gehäuse 11 in separaten Arbeitsschritten. Hierbei ist der Primärspulenkörper 22 bzw. der Sekundärspulenkörper 24 in der Längsachse 36 (1) drehbar gelagert und zieht beim Drehen den entsprechenden Draht von einer Bevorratungsspule ab. In der 6 ist durch den Kurvenverlauf A der Geschwindigkeitsverlauf über dem Drehwinkel α bei konstanter Drehwinkelgeschwindigkeit v eines konventionellen, nicht mit einem vergrößerten Radius r ausgestatteten Primärspulenkörpers bzw. Sekundärspulenkörpers dargestellt. Man erkennt, dass jeweils in den vier Eckbereichen des Primärspulenkörpers bzw. des Sekundärspulenkörpers die lokale Geschwindigkeit des Drahtes am Primärspulenkörper bzw. Sekundärspulenkörper ein Maximum erreicht. Der Kurvenverlauf B stellt den Geschwindigkeitsverlauf eines erfindungsgemäß modifizierten inneren Magnetkerns 26 mit Blechstreifen 30a, b, c dar. Dieser macht einen Primärspulenkörper bzw. Sekundärspulenkörper mit einem vergrößerten Radius r an den Eckbereichen möglich. Man erkennt, dass im Gegensatz zum Kurvenverlauf A die dort vorhandenen Geschwindigkeitsspitzen abgebaut werden. Dies hat zur Folge, dass der Draht an dem entsprechenden Primärspulenkörper bzw. Sekundärspulenkörper in den Eckbereichen mit relativ geringer Drahtspannung anliegt, so dass die Primärwicklung 21 bzw. die Sekundärwicklung 22 in den Eckbereichen gut mit dem Isolierharz 28 ausgefüllt werden kann.

Claims

Zündspule (10), insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem inneren Magnetkern (26), der konzentrisch von einer einen Primärspulenkörper (22) aufweisenden Primärspule (18) und einer einen Sekundärspulenkörper (24) aufweisenden Sekundärspule (19) umgeben ist, wobei der innere Magnetkern (26) aus übereinander geschichteten Blechstreifen (30, 30a; 30, 30b, 30c) besteht, wobei die Blechstreifen (30, 30a; 30, 30b, 30c) insgesamt eine im wesentlichen rechteckförmige bzw. quadratische Querschnittsfläche des inneren Magnetkerns (26) ausbilden, und wobei zumindest der den inneren Magnetkern (26) begrenzende untere und obere Blechstreifen (30a; 30b, 30c) zumindest in Teilbereichen eine gegenüber den anderen Blechstreifen (30) des inneren Magnetkerns (26) in Längsrichtung der anderen Blechstreifen (30) betrachtet reduziere Breite (b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der untere und obere Blechstreifen (30a; 30b, 30c) zumindest in den Eckbereichen (32; 32a) innerhalb des den inneren Magnetkern (26) umgebenden Primärspulenkörpers (22) bzw. Sekundärspulenkörpers (24) eine derartige reduzierte Breite (b) aufweist, dass die betreffenden oberen und unteren Blechstreifen (30a; 30b, 30c) dort bis in die Eckbereiche (32; 32a) des inneren Magnetkerns (26) reichen.
Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von den eine reduzierte Breite (b) aufweisenden Blechstreifen (30a; 30b, 30c) in den Eckbereichen (32; 32a) eine quadratische Fläche (33; 33a) aus der Querschnittsfläche des inneren Magnetkerns (26) herausgetrennt wird.
Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der Blechstreifen (30, 30a, 30b, 30c) identisch ist, dass die Breite bei den in der Breite reduzieren Blechstreifen (30a; 30b, 30c) um das zweifache der Dicke (d) der Blechstreifen (30, 30a, 30b, 30c), multipliziert mit der doppelten Anzahl der in der Breite reduzierten oberen und unteren Blechstreifen (30a; 30b, 30c) gegenüber der Breite (B) der in der Breite nicht reduzieren Blechstreifen (30) reduziert ist, und dass vorzugsweise der oberste und unterste bzw. die beiden obersten und untersten Blechstreifen (30a; 30b, 30c) des inneren Magnetkerns (26) in der Breite reduziert sind.
Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrer Breite (b) reduzierten Blechstreifen (30a; 30b, 30c) außerhalb des Primärspulenkörpers (22) und des Sekundärspulenkörpers (24) eine der Breite und Form der übrigen Blechstreifen (30) identische Breite und Form aufweisen.
Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Breite reduzierten Bereich der Blechstreifen (30a; 30b, 30c) durch einen Stanzvorgang erzeugt wird.
Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen dem inneren Magnetkern (26) und dem den inneren Magnetkern (26) unmittelbar umgebenden Primärspulenkörper (22) oder Sekundärspulenkörper (24) von einem Isolationswerkstoff, vorzugsweise von einem Isolationsharz (28) ausgefüllt ist.
Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der den inneren Magnetkern (26) unmittelbar umgebende Primärspulenkörper (22) oder Sekundärspulenkörper (24) zumindest in den Eckbereichen (32; 32a) einen Radius (r) aufweist, der einen zumindest annähernd gleich großen Spalt (34) zwischen dem inneren Magnetkern (26) und dem den inneren Magnetkern (26) unmittelbar umgebende Primärspulenkörper (22) oder Sekundärspulenkörper (24) erzeugt.
Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündspule als Kompaktzündspule (10) ausgebildet ist.