DE2635728C2 - Zündspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündspule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Erzeugung der für die Zündung von Verbrennungsmotoren erforderlichen hohen Spannung ist es bekannt, Zündspulen zu verwenden, die eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweisen. Man speist die Primärspule mit einer Folge von Stromstößen, so daß entsprechend der Änderung des magnetischen Flusses aufgrund der Stromstöße in der Primärwicklung in der Sekundärwicklung entsprechend der großen Zahl der Windungen eine hohe Spannung induziert wird. Eine solche Zündspule, bei der auf einem stabförmigen Magnetkern eine Primärwicklung und eine gegenüber der Primärwicklung elektrostatisch abgeschirmte Sekundärwicklung aufgewickelt sind, wobei die Längen der Wicklungen der Länge des Kerns entsprechen, ist beispielsweise in der US-PS 35 66 202 beschrieben. Der Magnetkern, die Sekundärspule und die Klemme des Hochspannungsanschlusses sind mit einer Kunststoffschicht überzogen.

Bei Zündspulen mit stabförmigem Magnetkern, auf den zunächst die Sekundärwicklung gewickelt ist. die ihrerseits koaxial mit der Primärwicklung umwickelt ist. liegt der Wicklungsanfang der Sekundärwicklung unmittelbar am Magnetkern an, der gleichzeitig den Hochspannungsanschluß bildet. Das Ende der Sekundärwicklung ist mit einem Ende der sie umgebenden Primärwicklung verbunden. Diese Anordnung vermeidet Isolationsschwierigkeiten in bezug auf die erzeugte Hochspannung, aber sie hai den Nachteil, daß die Primärspannung auf der Außenseite angeordnet ist. so daß der Abfluß der erzeugten Wärme schwierig wird.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, und um eine ausreichende Kühlung der Zündspulen zu bewirken, hai man sie auch in einem ölgefüllten Gehäuse eingeschlossen. Eine derart ausgebildete Zündspule weist jedoch zwei Nachteile auf:

fei Einmal muß für die Kühlung ein Ölbad vorgesehen werden und zum anderen vollzieht sich die Spannungserzeugung in der Sekundärwicklung nicht optimal, da ebenso wie bei den übrigen bisher beschriebener,

Zündspulen der Magnetkern in der Mitte der Spule einen offenen magnetischen Kreis darstellt, dessen von Pol zu Pol reichende Feldlinien sich über die Umgebung schließen müssen, was einen erheblichen Verlust nach sich zieht und die Leistung der Zündspule vermindert selbst wenn man die Wicklungen mit einer magnetischen Abschirmung umgibt

Aus der US-PS 32 36 937 ist eine Zündspule bekannt bei der ebenfalls die Wicklungen zylindrisch übereinander angeordnet sind, so daß sowohl Isolationsprobleme auftreten als auch entsprechende Verluste die Folge sind. Die Isolation der Zündspule ist mit einer schüsseiförmigen Aufnahme versehen, die an die Stirnseite der Sekundärwicklung angrenzt und ein Anschlußteil der Sekundärwicklung aufnimmt

Es ist bei Transformatoren bekannt die Wicklungen getrennt auf einem geschlossenen Magnetkreis anzuordnen. So ist z.B. in der DE-OS 15 38 005 ein Transformator beschrieben, bei dem zwei Primärwicklungen und die Sekundärwicklung benachbart angeordnet sind und ihre Achsen aufeinander folgen. Die Ebene einer Stirnseite einer Wicklung schneidet dabei· die beiden Stirnseiten der anderen Wicklung. Es handelt sich hierbei indessen um einen Transformator, also nicht um eine Zündspule. Wenn auch in beiden Fällen eine magnetische Kopplung zeitlich veränderlicher elektrischer Größen stattfindet, so sind aufgrund der verschiedenartigen Aufgabenstellungen auch verschiedenartige technische Bau- und Funktionsprinzipien gegeben. Bei einem Transformator ist der magnetische Kreis geschlossen, also frei von willkürlichen Luftspalten. Im Gegensatz dazu ist es bei Zündspulen erforderlich, daß sie Luftspalte aufweisen. Daher kann bei einem Transformator der gesamte magnetische Fluß sich ohne Behinderung in dem magnetischen Kreis ausbilden, so daß die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule von geringerem Interesse ist. Bei einer Zündspule liegen dagegen andere Verhältnisse vor, so daß hier die besondere Ausbildung des Eisenkerns und die räumliche gegenseitige Lage der Wicklungen von besonderer Bedeutung sind.

Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß bei dem Gegenstand der DE-OS 15 38 005 die Primärwicklung des Transformators in zwei Teilwicklungen aufgeteilt ist, die auf zwei parallelen Zweigen des quadratischen Magnetkreises aufgebracht sind. Würde man eine Zündspule in dieser Bauweise ausführen, so hätte dies zur Folge, daß mit zunehmender Drehzahl des Motors die Hochspannung zusammenbrechen würde. Außerdem wäre die erzielbare Spannung bei höheren Drehzahlen erheblich niedriger, als sie mit einer Zündspule gemäß der noch zu beschreibenden Erfindung zu erreichen wäre.

Dieser Gesichtspunkt gilt auch im Zusammenhang mit der in der DE-PS 2 80 418 beschriebenen Transformatoranordnung, bei der sich zwei Wicklungen getrennt auf einem in sich geschlossenen Eisenkern befinden. Der magnetische Kreis ist an zwei Stellen durch eine isolierende Platte unterbrochen, um zu vermeiden, daß Überspannungen von der Primärseite auf den die Sekundärwicklung tragenden Eisenkern und damit auf die Sekundärwicklung selbst übertreten. Die Luftspalte sind also an sich unerwünscht, jedoch werden sie aus Isolationsgründen für erforderlich gehalten.

Eine Zündspule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der GB-PS 1 99 879 beschrieben. Hier sind auf einem rechteckigen Magnetkreis, der aus aufeinandergeschichteten winkelförmigen Blechen ge-

bildet ist, deren winkelförmige Blechpakete magnetisch gegeneinander isoliert sind, auf zwei gegenüberliegenden Seiten die Primär- und die Sekundärwicklung angeordnet Die Wicklungen üegen also zueinander parallel auf verschiedenen, magnetisch voneinander getrennten Blechpaketen. In diesem Fall hat man zwar keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Kühlung, aber man erhält eine schlechte magnetische Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, so daß die Leistung der Zündspulen nicht optimal ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Zündspule der eingangs bezeichneten Art die Nachteile der bekannten Bauformen zu vermeiden, die magnetisehe Kopplung zwischen den beiden Wicklungen zu verbessern und gleichzeitig für eine bessere Kühlung zu sorgen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In diesem Zusammenhang ist noch die US-PS 29 90 497 zu nennen, welche eine Stromversorgungseinheit zeigt bei der eine Nieder- und eine Hochspannungswicklung senkrecht zueinander angeordnet sind. Es handelt sich hier indessen wieder um eine Transformatorancrdnung, bei der, wie bereits beschrieben, konstruktiv und funktionell andere Gegebenheiten vorliegen

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden winkelförmigen Blechpakete identisch sind. Diese Maßnahme bietet den Vorteil, daß die Winkel aus einem rechteckigen Blechstück ausgeschnitten werden können, ohne daß hierbei Verschnitt auftritt. Die Winkel können derart verschachtelt auf den Blechstreifen aufgerissen werden, daß hierdurch die ganze Blechfläche ohne Verschnitt bedeckt ist. Diese Bauform ist daher von speziellem Interesse, um den Preis für eine Zündspule der erfindungsgemäßen Bauform zu reduzieren.

Um eine gute Kühlung der Primärwicklung zu schaffen, ist vorgesehen, diese Wicklung relativ lang und mit geringer Dicke auszuführen. In bevorzugter Form ist hierbei vorgesehen, daß die Dicke der Primärwicklung, gemessen senkrecht zur Achse des Magnetkreises, etwa zwischen L/50 und L/8 liegt. L bezeichnet hierbei die Länge der Primärwicklung gemessen parallel zur Achse des Magnetkreises.

Um im übrigen die Streukapazität der Sekundärwicklung zu vermindern, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß diese relativ flach und mit großem Durchmesser ausgeführt wird. Bei einem Magnetkreis mit quadratischer oder rechteckiger Form ist die flache Sekundärwicklung auf dem Zweig des Kreises aufgebracht, der unmittelbar dem Zweig mit der Primärwicklung benachbart ist. Dies führt gleichzeitig zu einer Verbesserung der magnetisehen Kopplung zwischen den beiden Wicklungen, da die Ebene der Sekundärwicklung senkrecht zur Primärwicklung geführt ist. Bevorzugt ist daher, daß die Dicke der Sekundärwicklung, gemessen senkrecht zur Achse des Magnetkreises, etwa zwischen/und 6 · /liegt, wobei / die Länge der Sekundärwicklung bezeichnet, gemessen parallel zur Achse des Magnetkreises an der Stelle der Sekundärwicklung.

'n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Mittelebene zwischen den beiden Stirnflächen der Primärwicklung die Sekundärwicklung schneidet, mindestens jedoch tangiert. Dies führt zu einer Verbesserung der magnetischen Kopplung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung und

vermindert die zum Erreichen des Spannungsmaximums notwendige Zeit.

Die beiden winkelförmigen Blechpakete des magnetischen Ringes sind eins gegenüber dem anderen elektrisch isoliert. Hierbei ist ein winkelförmiges Blechpaket elektrisch mit der Anschlußklemme der Batterie des betreffenden Fahrzeuges verbunden und bildet den gemeinsamen Anschluß, an den jeweils ein Ende der Primärwicklung und der Sekundärwicklung miteinander verbunden sind. Das andere Ende der Primärwicklung ist über einen Schalter mit der anderen Anschlußklemme der Batterie verbunden. Die Verbindung des einen Endes der Sekundärwicklung mit dem winkelförmigen Blechpaket, das den gemeinsamen Anschluß bildet, erfolgt über eine Kontaktzunge, die zwischen dem Magnetkreis und dem Träger der Sekundärwicklung angeordnet ist.

Zur Vereinfachung des Anschlusses der Primärwicklung an dem winkelförmigen Blechpaket ist vorgesehen, daß eines der außenliegenden Bleche des Blechpaketes eine Vertiefung aufweist, die als Führung für den aus der Primärwicklung herausgeführten Draht dient.

Um die Positionierung der Primärwicklung auf dem betreffenden Schenkel des winkelförmigen Blechpaketes zu vereinfachen, ist ferner vorgesehen, daß eines der außenliegenden Bleche des winkelförmigen Blechpaketes ein Loch aufweist, das eine Rast für einen mit dem Spulenträger der Primärwicklung verbundenen Zapfen bildet.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Zündspule,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie ÜI-ül in Fig. 2.

Fig.4 einen abgewinkelten Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2,

F i g. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in F i g. 2.

Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, weist die Zündspule einen magnetischen Ring 1 auf, auf den eine Primärwicklung 2 und eine Sekundärwicklung 3 aufgebracht sind. Die Primärwicklung 2 ist über eine Anschlußklemme 4 mit einem nicht dargestellten Schalter verbunden, über den die Verbindung mit der Masse (negativer Pol) des Fahrzeugs hergestellt werden kann, in das die Zündspule eingebaut ist. Die Sekundärwicklung 3 trägt eine Ausgangsklemme 5, die elektrisch mit dem zentralen Anschluß eines nicht näher dargestellten Zündverteilers verbunden ist. der die einzelnen Zündkerzen des zugehörigen Verbrennungsmotors mit Zündstrom versorgt.

Der Magnetkreis besteht aus zwei identischen, winkelförmigen Blechpaketen, die einen Ring mit einer Dicke von etwa 17.5 mm quadratischer Abmessung bilden. Jeder Winkel tragt hierbei einen kurzen Schenkel und einen langen Schenkel. Der kurze Schenkel hat eine Länge, gemessen am inneren Umfang des Winkels von 35 mm. Der große Schenkel hat eine Länge, ebenfalls gemessen am inneren Umfang von 523 mm. Die Winkelförmigen Blechpakete sind insgesamt mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet Die Winkel 6 tragen einen eingedrückten Positionierungszapfen 7, der ein einfaches Positionieren der Bleche beim Bilden des Blechpaketes gestattet An den beiden langen Schenkeln eines jeden Winkels ist eine Bohrung 8 vorgesehen. Nachdem man die einzelnen Blechwinkel zu zwei identischen winkelförmigen Blechpaketen zusammengefügt hat, werden beide Blechpakete mit einer Kunststoffschicht 9 umgössen. Die Bohrungen 8 erlauben hierbei die Anordnung eines Kunststoffniets. Die Kunststoffumhüllung wird erst dann aufgebracht, wenn die Primärwicklung 2 und die Sekundärwicklung 3 aufgebracht sind. Durch die Bohrung 8, die im Winkel zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet ist, wird ein Schraubenbolzen 10 hindurchgesteckt, der während des Umhüllens mit

ίο Kunststoff an seinem mit einem Gewinde versehenen Ende 10a zur Aufnahme einer Mutter 11 mit einem Schutz versehen ist.

Die Anordnung der beiden winkelförmigen Blechpakete 6 geschieht so, daß im Augenblick des Aufbringens der Kunststoff umhüllung zwischen die beiden Biechpakete eine Isoliermasse 12 gespritzt wird, die die beiden winkelförmigen Blechpakete gegenseitig elektrisch isoliert

Eines der beiden winkelförmigen Blechpakete 6 (in Fig.2 das obenliegende) trägt auf seinem langen Schenkel die Primärwicklung 2 und auf seinem kurzen Schenkel die Sekundärwicklung 3. Dieses Blechpaket ist über den Schraubenbolzen 10 und die Mutter 11 mit dem positiven Pol der Batterie verbunden. Unmittelbar

neben dem Schraubenbolzen 10 ist das Winkelblech mit einer eingeprägten Rille 13 versehen, die die Durchführung des Drahtendes der Primärwicklung 2 gestattet, das elektrisch mit dem Schraubenbolzen 10 verbunden ist. Das andere Ende der Primärwicklung 2 ist elektrisch mit dem Pol 4 verbunden.

Ein Ende der Sekundärwicklung 3 ist an ein Kontaktelement 14 angeschlossen, das zwischen dem winkelförmigen Blechpaket 6 und dem Trägerkörper 15 der Sekundärwicklung 3 eingeschoben ist. Auf diese

Weise bildet das winkelförmige Blechpaket, das über die Schraube 10 zusammengehalten ist, den gemeinsamen Anschluß der Primärwicklung und der Sekundärwicklung der Zündspule. Das andere winkelförmige Blechpaket (das in Fig.2 untenliegende) ist mit der Masse des

Fahrzeugs verbunden und so ausgebildet, daß es über Anschlußpratzen 16 auf der Karosserie befestigt werden kann, wobei die Anschlußpratzen 16 unmittelbar mit dem Blechpaket verbunden sind.
Es ist leicht einzusehen, daß die quadratische Form des Magnetkreises der Zündspule den durch die Primärspule 2 induzierten magnetischen Fluß gut leitet, da die quadratische Form nicht wesentlich von der optimalen ringförmigen Form entfernt ist und die Luftspaltzonen, die die beiden winkelförmigen Blechpa-

kete trennen, auf ein Minimum reduziert sind. Diese Anordnung bringt eine wesentliche Verbesserung der Leistung der Zündspule.

Die Sekundärwicklung 3 ist auf einen Trägerkörper 15 aufgebracht und besteht aus einem Kupferdraht, der

durch Lack isoliert 1st--.Die aufeinanderlieeenden koaxialen Wickluhgsschichten sind nicht durch eine zusätzliche Isolierung, beispielsweise durch Isolierpapier, voneinander getrennt Die Sekundärwicklung weist • bezogen auf ihren Außenumfang in etwa die Form eines

ω Quadrates mit abgerundeten Ecken auf und hat eine Dicke von etwa 17 mm. Die Kunststoffumhüllung der Sekundärwicklung ist mit dem gegenüberliegenden Schenkel des Magnetkreises durch zwei Kunststoffstege verbunden, die das Gewicht der Sekundärwicklung aufnehmen. Die Seitenlange des Quadrates, das die Sekundärwicklung 3 bildet, beträgt 50 mm.

Es ist im übrigen zweckmäßig, wenn die Befestigung der Zündspule durch die Befestigungspratzen 16 so

crliiljii. dall diese in der Nähe der Sekundärwicklung 3 arigo ii-Jnci sind und so ein Überhängen verhindern. Das andere Ende der Sekundärwicklung 3 ist mit der Anschlußklemme 5 verbunden, über die die Zündspule mit dem Zündverteiler verbunden ist. Das außenliegende Blech des Teiles des Blechpaketes, auf dem die Sekundärwicklung 3 angeordnet ist. weist eine Rast 22 ,inf. in die eine mit dem Trägerkörper 18 der Wicklung verbundene Haltenase 23 einrastet.

Die Primärwicklung ist aus Aluminiumdrähten gebildet, die ebenfalls in koaxialen Wicklungen aufgebracht sind. Die Primärwicklung hat eine Länge, gemessen parallel zur Achse des Magnetkreises an dieser Stelle

von etwa 20 mm, während die Dicke senkrecht zur Achse des Magnetkreises an dieser Stelle ungefähr 3 mm beträgt.

Es ist zufestzustellen, daß eine derartige Zündspule erhebliche Vorteile aufweist, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß man neben einem geringeren Preis bei einem gegebenen Stromverbrauch gegenüber den bekannten Zündspulen eine Maximumspannung erhält, die etwa 1500 Volt über der mit den bisher bekannten Zündspulen erzielbaren Spannung liegt. Im übrigen erfüllt die erfindungsgemäße Zündspule alle Anforderungen des Kurzschlußversuchs, die üblicherweise von den Automobilkonstrukteuren gefordert werden.

Hierzu 4 Blatt zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Zündspule für einen Verbrennungsmotor, mit einem rechteckigen Magnetkreis, dessen Mittellinie in einer Ebene liegt, und auf den in verschiedenen Zonen einerseits eine elektrisch gespeiste Primärwicklung und andererseits eine Sekundärwicklung zur Lieferung eines Stromes hoher Spannung aufgebracht sind, welcher aus zwei Paketen mit aufeinandergeschichteten, winkelförmigen Blechen gebildet ist, deren Kanten bei jedem Paket übereinanderliegen, wobei die beiden Blechpakete an mindestens einer der im Magnetkreis einander zugewandten Stellen magnetisch gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Primär- (2) und die Sekundärwicklung (3) auf jeweils einem Schenkel des gleichen winkelförmigen Blechpakets (6) derart benach bart angeordnet sind, daß ihre Achsen senkrecht zueinander stehen und die Ebene einer Stirnseite einer Wicklung die beiden Stirnseiten der anderen Wicklung schneidet,

— daß die Dicke der Sekundärwicklung (3), gemessen senkrecht zur Mittellinie des Magnetkreises (1), zwischen / und 6 · / beträgt, wobei die parallel zu der Mittellinie des Magnetkreises (t) gemessene Länge der Sekundärwicklung (3) mit /bezeichnet ist..

— und daß die magnetische Isolierung des Magnetkreises (1) durch eine Kunststoffschicht (9) gebildet ist.

2. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden winkelförmigen Blechpakete (6) des Magnetkreises (1) gleich sind.

3. Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Primärwicklung (2), gemessen senkrecht zur Mittellinie des Magnetkreises (1), zwischen L/50 und L/8 beträgt, wobei mit L die Länge der Primärwicklung (2), gemessen parallel zur Mittellinie des Magnetkreises (1), bezeichnet ist.

4. Zündspule nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu den beiden Stirnflächen verlaufende Mittelebene der Primärwicklung (2) die Sekundärwicklung (3) schneidet, zumindest tangiert.

5. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 —4. dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (3) und der Magnetkreis (1) mit einer Kunststoffschicht (9) überzogen sind und die Sekundärwicklung (3) Backen aufweist, die die Stirnflächen der Wicklung begrenzen und mit denen die Klemme (5) des Anschlusses der Sekundärwicklung (3) verbunden ist.

6. Zündspule nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der außen liegenden Bleche des winkelförmigen Blechpaketes (6) des Magnetkreises (1) ein Loch aufweist, das eine Rast (22) für einen Haltezapfen (23) bildet, der mit dem Wicklungsträger der Primärwicklung (2) verbunden ist.

7. Zündspule nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Ende der Primärwicklung (2) und der Sekundärwicklung (3) gemeinsam an einem der Pole der Batterie des Fahrzeuges angeschlossen sind, während das andere

Ende der Primärwicklung (2) über einen Schalter mit dem anderen Pol der Batterie verbunden ist der nicht mit dem gemeinsamen Anschluß von Primär- und Sekundärwicklung verbunden ist

8. Zündspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der gemeinsame Anschluß der Primär- und Sekundärwicklung elektrisch mit einem der winkelförmigen Blechpakete (6) des Magnetkreises (1) verbunden ist welches gegenüber dem anderen Blechpaket durch die Kunststoffschicht (9) elektrisch isoliert ist

9. Zündspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der Kontakt des einen Endes der Sekundärwicklung (3) mit dem winkelförmigen Blechpaket (6). das den gemeinsamen Anschluß bildet durch ein Kontaktblech (14) bewirkt ist, das zwischen dem Magnetkreis (1) und dem Trägerkörper (15) der Sekundärspule (3) angeordnet ist, wobei eines der außen liegenden Bleche des winkelförmigen Blechpaketes (6) eine Vertiefung (13) aufweist zur Aufnahme des Drahtendes der Primärwicklung (2), das elektrisch mit diesem winkelförmigen Blechpaket (6) verbunden ist.