DE3231369C1 - Sekundaerspule fuer induktive Anzuendmittel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung behandelt Anzündmittel zur Zündung von Treibladungspulver, die nach dem Induktionsprinzip arbeiten. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit den in diesen Anzündmitteln enthaltenden Sekundärspulen und deren Herstellung.

Das Prinzip der kontaktlosen Energieübertragung für Anzündzwecke ist z.B. aus der DE-OS 27 34 169 und der DE-OS 30 24 554 bekannt. In diesen Anzündsystemen wirken zwei Spulensysteme nach dem Transformatorsystem miteinander. Die Sekundärspule, die die eigentliche Zündung über ein Trägerelement mit Zündwiderstand und elektrischen Anschlußkontakten bewirkt, soll in diesen Systemen möglichst klein sein d. h. die Spulen sollen Durchmesser von maximal 10 mm bei einer Gesamthöhe von etwa 0,5 bis 1,5 mm besitzen. Derartige Trägerelemente mit Zündwiderstand sind beispielsweise in der DE-OS 17 71 889 und der DE-PS 20 016 beschrieben. Bei der bisher üblichen Verwendung von gewickelten Drahtspulen mit vielen einzelnen Bauelementen konnte die Herstellung von Lötstellen und Kontaktstellen, sowie die gesamte Verbindungstechnik problemlos durchgeführt werden. Diese bekannten Verfahrensweisen lassen sich jedoch nicht auf die Herstellung von Spulen mit kleinen Abmessungen übertragen, so daß die gewünschte Miniaturisierung der Sekundärspule eine Massenfertigung vor schwere Probleme stellt.

Es bestand deshalb die Aufgabe, im Bereich der Sekundärspule ein fertigungstechnisch unkompliziertes System aufzubauen, das nur aus wenigen Bausteinen besteht, das mechanisch kompakt ist, wenig elektrische Kontaktnahtstellen aufweist und das dem beim Füllen mit dem Anzündsatz aufzuwendenden Druck standhält.

In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun eine Sekundärspule für ein induktives Anzündmittel gefunden, die als mehrlagige Zylinderspule mit mehreren Wicklungen in jeder Lage ausgebildet ist, nach dem Transformatorprinzip induktiv mit einer Primärspule zusammenwirkt und mit einem Trägerelement mit Zündwiderstand elektrisch leitend verbunden ist. Diese Spule ist dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zu der Zylinderachse liegenden Wicklungen in Form von separaten Flachspulen auf einem zusammengefalteten folienförmigen Trägermaterial vorliegen, dessen Faltungen sich jeweils zwischen nebeneinander angeordneten Flachspulen befinden, die im Bereich ihrer flächigen Erstreckung gegeneinander isoliert sind und nur an der Faltstelle miteinander verbunden sind.

Aus der US-PS 36 82 098 ist zwar bereits ein induktives Anzündsystem bekannt, in dem zwei Flachspulen nebeneinanderliegend angeordnet sind. Dort haben jedoch beide Spulen den gleichen Drehsinn und sind demzufolge derart miteinander verbunden, daß die äußerste Windung der ersten Spule mit der innersten Windung der zweiten Spule verbunden ist. Die Bildung von Flachspulenpaaren, wie sie erfindungsgemäß erfolgt, wird dort in keiner Weise erwähnt.

Das Trägermaterial ist vorzugsweise ein hochfestes, jedoch biegbares Polyamid oder ein entsprechender Polyester. Auf dieses Trägermaterial sind die verschiedenen Windungsteile von Flachspulen in an sich bekannter Weise aufgebracht. Dies erfolgt z. B. in der Weise, daß beidseitig auf die Trägerfolie eine Folie aus einem leitfähigen Metall, z. B. Kupfer, aufkaschiert und in an sich bekannter Weise das Leiterbild auf beiden Seiten in Form von Flachspulen ausgeätzt wird. Das Leiterbild wird dabei jeweils so angeordnet, daß an einer vorgesehenen Faltstelle des Trägermaterials die äußersten Windungen zweier Flachspulen, die in der fertigmontierten Zylinderspule nebeneinander zu liegen kommen, miteinander verbunden werden. Unter der äußersten Windung soll dabei die Windung mit dem jeweils größten Durchmesser verstanden werden. Die innerste Windung, d. h. die Windung mit dem kleinsten Durchmesser geht jeweils durch das Trägermaterial hindurch, so daß dort auch ein elektrisch leitender Übergang von einer Flachspule zur nächsten Flachspule auf der anderen Seite des Trägermaterials gewährleistet ist. Bevorzugt ist das Trägermaterial an dieser inneren Übergangsstelle mit Ausnehmungen entsprechenden Durchmessers versehen, die zur Durchkontaktierung in bekannter Weise metallisiert sind.

Diese Anordnung des Leiterbildes in Form von Flachspulen auf der Vorder- und Rückseite von folienförmigem Trägermaterial ermöglicht die Herstellung der erfindungsgemäßen Spulen in der Ebene. Die Windungen werden dabei in der oben genannten Anordnung auf ein Folienmaterial aufgebracht und

anschließend noch mit einer isolierenden Deckschicht oder Zwischenlage oder ähnlicher Isolierung versehen. Daraufhin wird die Folie an den vorgesehenen Stellen gefaltet und die einzelnen Faltseiten miteinander verpreßt und/oder verklebt. Die Faltung erfolgt vorzugsweise mäanderförmig.

Die Faltung erfolgt an der Übergangsstelle von einer äußersten Windung einer Flachspule auf die äußerste Windung der nächsten Flachspule, vorzugsweise in der Weise, daß die Windungen auf der nächsten Faltseite ι ο auf der Innenseite der Faltung zu liegen kommen. Bei gleicher Drehrichtung zweier benachbarter Windungen in der Ebene liegen dann die so zusammengefalteten Windungen in der Spule in sich entgegengesetzter Drehrichtung als rechte und linke Spulenbilder vor. Auf diese Weise ist es möglich, Spulen herzustellen, bei denen die Windungen der Flachspulen zweier benachbarter Faltseiten jeweils gegenläufig sind. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der induzierten Spannung erreicht.

In einer bevorzugten Durchführungsform werden die beiden Faltseiten, die das Ende der Spule bilden, nicht mit einem Leiterbild versehen: die eine, die zusammengefaltete Zylinderspule nach außen begrenzende Faltseite, wird teilweise oder vollständig metallkaschiert belassen. Diese Seite ist dann für die Masse-Kontaktierung in dem Anzündmittel vorgesehen. Die andere äußerste Faltseite wird bis auf einen kleinen Innenring in der Spulenachse vollständig von dem Metallüberzug befreit. Der verbleibende Innenring dient dann als Anschlußzone für den Zündwiderstand des Anzündmittels.

Die erfindungsgemäßen Spulen haben vorzugsweise eine Gesamtzahl von 40 bis 90 Windungen, die sich auf vorzugsweise 4 bis 8 beidseitig mit Flachspulen beschichtete gefaltete Trägerfolien verteilen. Selbstverständlich hängt die Anzahl der Windungen u. a. von der Primärspule ab.

Die Trägerfolie hat vorzugsweise die gleiche geometrische Form und Größe wie die darauf aufgebrachte Flachspule, die vorzugsweise spiralförmig ausgebildet ist, wobei die Spirale auch ellipsenförmig oder nahezu rechteckig abgewandelt sein kann. Bei der spiralförmigen Ausbildung beträgt der Durchmesser des größten, die erfindungsgemäße Spule umschreibenden Kreises vorzugsweise zwischen 5 und 10 mm. Die Höhe der erfindungsgemäßen Spule hängt von der Anzahl der Faltseiten und der Dicke der Trägerfolie ab; sie beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,8 mm; sie kann aber auch erheblich größer sein, je nachdem, wieviele >° Faltseiten mit Flachspulen die erfindungsgemäße Spule aufweisen soll.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß in Verbindung mit dem Widerstand des Anzündelements ein Schwingkreis gebildet wird, wobei das Kreisverhalten auf die Feldänderung des Übertragungssystems abgestimmt sein muß, um eine optimale Wärmeumsetzung im Widerstand des Anzündelements zur Aktivierung des Anzündsatzes zu gewährleisten. Es ist weiterhin z. B. möglich, im Inneren der gefalteten Spulenanordnung eine Kontaktierung aus magnetischem Werkstoff zum Trägerelement anzuordnen, die in ihrem Frequenzverhalten auf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises abgestimmt ist.

Anhand der F i g. 1 bis 5 wird die erfindungsgemäße Spule und ihre Wirkweise in einem Anzündhütchen beispielhaft erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit 55 Windungen aus insgesamt 6 Flachspulen. Man erkennt die noch nicht gefaltete Spulenanordnung in einer Ebene, wobei Seite A die Vorder- und Seite B die Rückseite der ungefalteten Spule sind. Das Trägermaterial 1 weist hier die vier Faltseiten 2 auf, auf denen jeweils die verschiedenen Flachspulen 3 mit ihren spiralförmigen Windungen abgebildet sind. Die Öffnungen 4 der Faltseiten 2 dienen zur Durchkontaktierung zwischen den Seiten A und B. Außerdem sind die Anschlußzone 5 für die Massekontaktierung und die Anschlußzone 6 für den nicht gezeigten Zündwiderstand zu erkennen. Die Linien C-C zeigen die Faltstellen an. Die Anzahl der Flachspulen kann je nach Aufgabenstellung festgelegt werden.

Fig.2 zeigt ein Zwischenstadium der gefalteten Spule.

F i g. 3 zeigt die Anordnung eines Trägerelements 8 zu der Spule. Das an dem gefalteten Spulenpaket 9 anliegende oder auch mit Hilfe eines Stiftes in die öffnung 4 der Anschlußzone hineingesteckte elektrische Trägerelement, dessen Zündwiderstand in bekannter Weise als Brücke oder Spalt ausgebildet ist, ist einerseits im mittleren Teil über eine geeignete elektrische Verbindung 41, beispielsweise den vorgenannten Stift, mit dem Spulenanfang bei 6 (hier nicht gezeigt) kontaktiert und am äußeren Umfang 42 z. B. über einen elektrisch leitenden Stützkörper 10 und Kapsel 11 mit dem Spulenende bei 5 elektrisch verbunden (siehe hierzu auch F i g. 4).

Die gefaltete und zusammengepreßte Spule 9, in Verbindung mit dem Trägerelement 8, stellt ein kompaktes Bauelement dar, das mechanisch hoch beanspruchbar ist und beispielsweise späteren Preßdrücken beim Laden des Zündsatzes 12 von ca. 20 000 N/cm² standhält.

Fig.4 zeigt eine Gesamtdarstellung des induktiven Anzündmittels. Das Spulenpaket 9 mit dem aufgesetzten elektrischen Anzündelement 8 ist in einen Stützkörper 10 eingesetzt und bildet mit der äußeren Kapsel 11 eine mechanisch feste Einheit. Nach ggf. elektrischer Überprüfung wird das induktive Anzündmittel mit dem Anzündsatz 12 geladen.

Die mechanischen Bauteile 8 bis 11 des induktiven Anzündmittels können sowohl aus verbrennbaren, als auch aus nicht verbrennbaren Werkstoffen bestehen. Der Stützkörper 10 besteht vorzugsweise aus Weicheisen oder aus hochfestem Sintermaterial mit ferromagnetischen Eigenschaften, um den magnetischen Fluß zu verbessern und dadurch die induzierte Spannung zu erhöhen. Die Kapsel 11 wird vorzugsweise aus antimagnetischen (dia- oder paramagnetischen) Werkstoffen ausgeführt. Es wird hier vorzugsweise Messing oder Edelstahl eingesetzt. Bei der verbrennbaren Version wird der Stützkörper 10 aus einem Verbundwerkstoff, bestehend aus Glasfaser, Oktogen, ferromagnetischem Metall- oder Metalloxidpulver und Harz als Bindemittel, ausgeführt, wobei die Oberfläche an Kontaktierungszwecken elektrisch leitend sein muß.

Die äußere Kapsel 11 besteht aus dem Verbundwerkstoff Glasfaser-Oktogen und Harz als Bindemittel.

Funktionsbeschreibung

Zur Erläuterung der Funktion ist in F i g. 5 das induktive Anzündmittel 13 in einem Verbrennungsraum 14 dargestellt. Bei Beaufschlagung des induktiven Anzündmittels 13 mit einem magnetischen Wechselfeld, das durch die Primärspule 15 aufgebracht wird, wobei Spule und Zündwiderstand einen Schwingkreis bilden,

wird bei dessen Resonanzfrequenz in bekannter Weise die optimale Spannung in der Sekundärspule induziert, die durch den elektrischen Widerstand des Anzündelements einen Zündstrom treibt, der eine Umsetzung in Joule'sche Wärme zur Zündung des Anzündsatzes 12 in dem Anzündmittel 13 bewirkt. Das Treibladungspulver 16 wird damit gezündet. Eine komplette Umsetzung sämtlicher verbrennbarer Teile im Verbrennungsraum 14 ist die Folge.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sekundärspule in einem induktiven Anzündmittel, die als mehrlagige flache Zylinderspule mit mehreren Wicklungen in jeder Lage ausgebildet ist und nach dem Transformatorprinzip induktiv mit einer danebenliegenden flachen Primärspule zusammenwirkt und mit einem Trägerelement mit Zündwiderstand elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Längsachse der Spule liegenden Wicklungen in Form von mindestens zwei separaten Flachspulen auf einem zusammenfaltbaren folienförmigen Trägermaterial vorliegen, so daß Flachspulenpaare gebildet werden, deren Faltungen sich jeweils zwischen nebeneinander angeordneten Flachspulenpaaren befinden, die nur an der Faltstelle direkt an den jeweiligen Windungsendstellen miteinander verbunden sind, im Bereich ihrer flächigen Erstrekkung aber gegeneinander isoliert sind.

2. Sekundärspule gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Vorder- und Rückseite der durch die Faltungen entstehenden Faltenseiten des Trägermaterials jeweils eine Flachspule angeordnet ist.

3. Sekundärspule gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Flachspulen zweier benachbarter Faltseiten jeweils gegenläufig sind. -

4. Sekundärspule gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung durch Abätzung eines kupferkaschierten Trägermaterials hergestellt ist.

5. Sekundärspule gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der die Zylinderspule außen begrenzenden Faltseiten, die in dem Anzündmittel zum Kontaktieren mit der Masse in Berührung steht, mindestens teilweise metallisiert ist

6. Sekundärspule gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wicklung der anderen äußeren Faltseite als Anschlußzone für den Zündwiderstand des Trägerelements ausgebildet ist.

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