DE4117288A1

DE4117288A1 - Hochspannungs-zuenduebertrager zum zuenden und betreiben von wechselstrom-hochdruck-gasentladungslampen in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4117288A1
Application number: DE4117288A
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Karl Wendt; Wolfgang Daub
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1991-05-27
Publication date: 1992-12-03
Also published as: EP0515958B1; ES2070551T3; DE59201632D1; EP0515958A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Zündübertrager zum Zünden und Betreiben von Wechselstrom-Hochdruck- Gasentladungslampen in Kraftfahrzeugen, mit einem Kern, mit einer den Kern umgebenden Primärwicklung, die aus einer Folie besteht und mit einer den Kern umgebenden Sekundärwicklung, die aus einer Folie besteht, wobei zwischen den einzelnen Lagen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung eine Isolierfolie angeordnet ist.

Aus der europäischen Patentanmeldung 03 91 470 A1 ist ein Hochspannungs-Zündübertrager zum Zünden und Betreiben von Hochdruck-Gasentladungslampen bekannt, dessen Primärwicklung und dessen Sekundärwicklung aus einer Folie gewickelt ist. Das Material des Kerns des Hochspannungs-Zündübertragers besteht hierbei aus Luft.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Hochdruck-Gasentladungslampe zur Verwendung im Hausbereich, wobei die Hochdruck-Gasentladungslampe eine Fassung zum Einschrauben in handelsübliche Leuchten aufweist. Die Windungen des Hochspannungs-Zündübertragers sind auf das Endteil des Glaskolbens der Lampe aufgewickelt. Ein derart ausgebildeter Hochspannungs-Zündübertrager ist für die Verwendung in Kraftfahrzeugen nicht geeignet, da zum einen die verwendeten Hochdruck-Gasentladungslampen im Haus- und im Kraftfahrzeugbereich sich unterscheiden und zum anderen die Abmessungen bei dem erreichbaren Wirkungsgrad unter Verwendung eines Luftkerns und der erforderlichen Durchschlagfestigkeit bei der vorbekannten Ausführungsform für eine Anwendung im Kraftfahrzeug zu groß sind. Dies gilt insbesondere deshalb, weil bei der Zündung von Hochdruck-Gasentladungslampen in Kraftfahrzeugen Zündspannungen in der Größenordnung von 20 KV benötigt werden und der Hochspannungs-Zündübertrager bei der Erzeugung derart hoher Spannungen aus der Bordspannung eines Kraftfahrzeugs einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei möglichst geringen Abmessungen und einer möglichst hohen Durchschlagfestigkeit aufweisen muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs-Zündübertrager für Wechselstrom- Hochdruck-Gasentladungslampen in Kraftfahrzeugen zu schaffen, der eine stromunabhängige Sekundärinduktivität aufweist, der möglichst geringere Abmessungen aufweist und der bei einem möglichst hohen Wirkungsgrad einen einfachen und kostengünstigen, hochspannungsgerechten Wicklungsaufbau hat.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kern als ein gestreckter Kern ausgebildet ist, daß der gestreckte Kern aus einem weichmagnetischen Ferrit- Material besteht und daß der Kern eine Querschnittsfläche und die Sekundärwicklung eine Windungszahl aufweist, bei der bei allen Betriebsbedingungen der Kern ungesättigt ist.

Es ist von Vorteil, daß der Kern als ein gestreckter Kern ausgebildet ist, weil somit auf einfache und kostengünstige Weise aufgrund der großen Scherung des Ferritkerns die Sekundärinduktivität des Hochspannungs-Zündübertragers nahezu stromunabhängig dimensioniert werden kann und somit Ungleichmäßigkeiten in dem Betriebsstrom, die z. B. die Regelung einer konstanten Lichtleistung erschweren, als auch sprunghafte Änderungen der großen Anlaufströme sicher und zuverlässig vermieden werden können, da der Kern nicht in die Sättigung gehen kann. Zudem ergibt sich der Vorteil, daß der Hochspannungs-Zündübertrager möglichst geringe Abmessungen aufweisen kann und ein durchschlagsicherer hochspannungsgerechter Wicklungsaufbau bei einem möglichst hohen Wirkungsgrad erreicht wird.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, daß der gestreckte Kern aus einem weichmagnetischen Ferrit- Material besteht, wodurch die Abmessungen besonders gering sein können, und bei einem hochspannungsgerechten Wicklungsaufbau einen möglichst großer Wirkungsgrad für die Hochspannungs-Zündübertrager erreicht werden kann.

Die vorab genannten Vorteile werden insbesondere dann erreicht, wenn der Kern eine Querschnittsfläche und die Sekundärwicklung eine Windungszahl aufweist, bei der bei allen Betriebsbedingungen der Kern ungesättigt ist.

Dadurch, daß der Kern aus einem hochohmigen weichmagnetischen Ferrit-Material besteht, ergibt sich der Vorteil, daß die Wirbelstromverluste in dem Ferritkern möglichst klein gehalten werden können.

Es ist von Vorteil, daß die Primärwicklung auf die Sekundärwicklung aufgewickelt ist, weil hierdurch die Primärwicklung die Sekundärwicklung vollständig umschließt und sich somit eine bestmögliche magnetische Verkopplung der Primärwicklung mit der Sekundärwicklung ergibt, die einen hohen Wirkungsgrad zur Folge hat und zum anderen den Vorteil, daß das niedrigere Potential bei dem Betrieb des Hochspannungs-Zündübertragers an der Außenseite des Hochspannungs-Zündübertragers vorliegt, wodurch sich eine vereinfachte bessere Isolation und damit höhere Sicherheit gegen Überschläge ergibt.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung jeweils eine Windung pro Lage der Folie aufweisen, weil somit die sehr hohe Windungsspannung gleichzeitig die Lagenspannung ist, die jeweils durch die Isolierfolie isoliert wird und die Primärwicklung selbst bei minimaler Windungszahl automatisch gleichmäßig über die gesamte Wicklungsbreite verteilt ist, so daß sich eine optimale Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung ergibt und zudem partielle Sättigungen des Ferritkerns vermieden werden.

Es ist von Vorteil, daß die zwischen den einzelnen Lagen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnete Isolierfolie breiter ist als die Folie der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, weil sich somit bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau eine besonders hohe Sicherheit gegen Überschläge ergibt.

Zwischen der Sekundärwicklung und dem Kern ist ein Spulenkörper aus isolierendem Material angeordnet, weil das direkte Aufwickeln auf den Kern aufwendig und schwierig ist.

Es ist von Vorteil, daß der Kern ein Stabkern ist, wodurch sich eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform ergibt, bei der keine Sättigung des weichmagnetischen Ferrit-Kerns auftritt.

Die gleichen Vorteile ergeben sich bei einer zudem vorteilhaften Form für das Aufbringen der Folien als Primärwicklung, wenn der Kern zylinderförmig ausgebildet ist.

Dadurch, daß der Kern die Wicklungen abstützende Schultern aufweist, ergibt sich der Vorteil, daß die Feldlinien nicht so weit aus den Endbereichen des gestreckten weichmagnetischen Ferrit-Kerns austreten wie bei einem gestreckten Kern, der solche Schultern nicht aufweist, wodurch Wirbelstromverluste in angrenzenden Metallteilen, wie z. B. einem Gehäuse, reduziert werden.

Die gleichen Vorteile ergeben sich, wenn der Kern ein Rollenkern ist.

Es ist von Vorteil, daß der Kern die Spulenkörper, die Primärwicklung und die Sekundärwicklung in einer isolierenden Vergußmasse vergossen sind, weil somit die Gefahr von Überschlägen auf ein Minimum reduziert wird und die Sicherheit und die Lebensdauer erhöht werden.

Dadurch, daß der Kern, der Spulenkörper, die Primärwicklung und die Sekundärwicklung in einem Gehäuse angeordnet und mit diesem vergossen sind, ergibt sich der Vorteil, daß der Hochspannungs-Zündübertrager ein besonders kompaktes, hochspannungsfestes, leicht zu montierendes Bauteil ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile des Erfindungsgegenstands sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochspannungs-Zündübertrager,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochspannungs-Zündübertrager,

Fig. 3 die Einzelheit H entsprechend Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des Wicklungsaufbaus.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochspannungs-Zündübertrager. Der gestreckte Kern (K) aus weichmagnetischem Ferrit-Material, der hier beispielhaft als Stabkern ausgebildet ist, ist von einem Spulenkörper (U) umgeben, der aus isolierendem Material besteht. Auf den Spulenkörper (U) ist die Sekundärwicklung (S) des Hochspannungs-Zündübertragers, die aus einer leitenden Folie (F) und einer Isolierfolie (I) besteht, aufgewickelt. Auf die Sekundärwicklung (S) ist die Primärwicklung (P) aufgewickelt, die ebenfalls aus einer leitenden Folie (F) und einer Isolierfolie (I) besteht. Die Primärwicklung (P) und die Sekundärwicklung (S) sind zum elektrischen Anschluß hier beispielhaft mit elektrischen Anschlußelementen (A) verbunden. Die Kontaktierung der elektrisch leitenden Folie (F) mit den elektrischen Anschlußelementen (A) ist hier nicht gezeigt und kann z. B. über in die Folien eingeschlagene oder mit diesen verschweißte Anschlüsse erfolgen.

Der Kern (K), der Spulenkörper (U), die Primärwicklung (P) und die Sekundärwicklung (S) sind hier beispielhaft zur Verbesserung der Überschlagfestigkeit in einer isolierenden Vergußmasse (V) vergossen. Zudem sind der Kern (K), der Spulenkörper (U), die Primärwicklung (P) und die Sekundärwicklung (S) hier beispielhaft in einem Gehäuse (G) angeordnet und mit diesem vergossen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Hochspannungs-Zündübertrager auch mit anderen Bauteilen eines Zündgeräts einer Hochdruck-Gasentladungslampe in einer isolierenden Vergußmasse (V) vergossen sein.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochspannungs-Zündübertrager. Wie schon unter Fig. 1 beschrieben, besteht der Hochspannungs-Zündübertrager hier beispielhaft aus einem Kern (K), einem Spulenkörper (U), einer Primärwicklung (P) und einer Sekundärwicklung (S) in Folientechnik, die mit ihren elektrischen Anschlußelementen (A), von denen hier zwei beispielhaft gezeigt sind, mittels einer isolierenden Vergußmasse (V) in einem Gehäuse (G) vergossen sind.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Ausführungsform weist besonders geringe Abmessungen auf und ist bei einfacher und kostengünstiger Ausführung besonders hochspannungsfest. Bei Verwendung eines hier beispielhaft gezeigten zylinderförmigen Stabkerns (K) beträgt die Länge des Gehäuses beispielhaft etwa 2 bis 3 cm und beträgt die Breite und Höhe des Gehäuses beispielhaft etwa 1 bis 2 cm. Bei anderen Ausführungsbeispielen können diese Maße auch größer oder kleiner sein. Bei dem hier gezeigten Hochspannungs-Zündübertrager zum Zünden und Betreiben von Hochdruck-Gasentladungslampen in Kraftfahrzeugen, der aus einigen wenigen 100 Volt Zündspannungen bis zu 20 KV erzeugen muß, weist die innen auf den Spulenkörper (U) aufgebrachte Sekundärwicklung (S) beispielhaft etwa 100 Windungen auf und weist die auf die Sekundärwicklung (S) aufgebrachte Primärwicklung (P) beispielhaft etwa 4 Windungen auf. Zur guten magnetischen Verkopplung, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, wird bei der Wicklung der Folie (F) eine Windung pro Lage aufgebracht. Aufgrund der extrem dünnen Folie (F), die für die Wicklungen (P, S) Verwendung findet, und der geringen Anzahl der Windungen der Primärwicklung (P) ist die Primärwicklung (P) in allen Figuren nicht gesondert dargestellt.

Fig. 3 zeigt die Einzelheit (H) entsprechend Fig. 1. Der Kern (K) besteht hier aus einem weichmagnetischen Ferrit- Material. Um Wirbelstromverluste möglichst gering zu halten, wird hier beispielhaft ein Material verwendet, das möglichst hochohmig ist. Der Spulenkörper (U) umgibt den Kern (K) derart, daß der Kern (K) und der Spulenkörper (U) fest aneinander anliegen. Um eine möglichst hohe Packungsdichte und geringe Abmessungen zu erreichen, ist die Sekundärwicklung (S) fest auf dem Spulenkörper (U) aufgewickelt. Die in Fig. 3 nicht gezeigte Primärwicklung (P) ist fest auf die Sekundärwicklung (S) aufgewickelt. Der Kern (K) kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Wicklungen (P, S) abstützende Schultern aufweisen, die die Feldlinien an den freien Enden des Kerns (K) nicht soweit austreten lassen wie bei einem gestreckten Kern (K) ohne derartige Schultern. Eine besonders günstige Ausführungsform des Kerns (K) ergibt sich bei Verwendung eines Rollenkerns. Ausführungen dieser Art sind in den Figuren nicht gezeigt.

Fig. 4 zeigt den Wicklungsaufbau sowohl der Primärwicklung (P) als auch der Sekundärwicklung (S). Jede Lage der Primärwicklung (P) und der Sekundärwicklung (S) besteht aus einer elektrisch leitenden Folie (F), die gegenüber den anderen Lagen durch eine Isolierfolie (I) isoliert ist. Wie aus Fig. 4 erkennbar, beträgt hier die Breite der Folie (F) beispielhaft etwa 2/3 der Breite der Isolierfolie (I), um mit großer Zuverlässigkeit Überschläge zu vermeiden. Die Breite der Isolierfolie entspricht bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Länge des zylinderförmigen Kerns (K), um Überschläge bestmöglich zu vermeiden. Bei der Wicklung der Primärwicklung (P) und der Sekundärwicklung (S) ergibt sich somit jeweils eine Windung pro Lage, was eine sehr gute magnetische Verkopplung unter der Vermeidung von Sättigungszonen des Kerns (K) gewährleistet, auch wenn die Primärwicklung (P) nur wenige Windungen aufweist. Die Isolierfolie (I) besteht hier beispielhaft aus einem Kunststoffmaterial und weist beispielhaft etwa eine Dicke von 15 µm auf. Die Folie (F), aus der die Primärwicklung (P) und die Sekundärwicklung (S) besteht, kann beispielhaft aus Kupfer oder Aluminium bestehen und beispielhaft eine Dicke von etwa 10 µm aufweisen. Je nach Anwendungsfall und den Erfordernissen können diese Maße größer oder kleiner sein.

Bezugszeichenliste

(A) Anschlußelemente
(F) Folie
(H) Einzelheit H
(I) Isolierfolie
(K) Kern
(G) Gehäuse
(P) Primärwicklung
(S) Sekundärwicklung
(U) Spulenkörper
(V) Vergußmasse

Claims

1. Hochspannungs-Zündübertrager zum Zünden und Betreiben von Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampen in Kraftfahrzeugen, mit einem Kern (K), mit einer den Kern (K) umgebenden Primärwicklung (P), die aus einer Folie (F) besteht und mit einer den Kern (K) umgebenden Sekundärwicklung (S), die aus einer Folie (F) besteht, wobei zwischen den einzelnen Lagen der Primärwicklung (P) und der Sekundärwicklung (S) eine Isolierfolie (I) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K) als ein gestreckter Kern (K) ausgebildet ist, daß der gestreckte Kern (K) aus einem weichmagnetischen Ferrit-Material besteht und daß der Kern (K) eine Querschnittsfläche und die Sekundärwicklung (S) eine Windungszahl aufweist, bei der bei allen Betriebsbedingungen der Kern (K) ungesättigt ist.

2. Zündübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K) aus einem hochohmigen weichmagnetischen Ferrit-Material besteht.

3. Zündübertrager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (P) auf die Sekundärwicklung (S) aufgewickelt ist.

4. Zündübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (P) und die Sekundärwicklung (S) jeweils eine Windung pro Lage der Folie aufweisen.

5. Zündübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den einzelnen Lagen der Primärwicklung (P) und der Sekundärwicklung (S) angeordnete Isolierfolie (I) breiter ist als die Folie (F) der Primärwicklungen (P) und der Sekundärwicklung (S).

6. Zündübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sekundärwicklung (S) und dem Kern (K) ein Spulenkörper (U) aus einem isolierenden Material angeordnet ist.

7. Zündübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K) ein Stabkern ist.

8. Zündübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K) die Wicklungen (P, S) abstützende Schultern aufweist.

9. Zündübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K) zylinderförmig ausgebildet ist.

10. Zündübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K) ein Rollenkern ist.

11. Zündübertrager nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K), der Spulenkörper (U), die Primärwicklung (P) und die Sekundärwicklung (S) in einer isolierenden Vergußmasse (V) vergossen sind.

12. Zündübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (K), der Spulenkörper (U), die Primärwicklung (P) und die Sekundärwicklung (S) in einem Gehäuse (G) angeordnet und mit diesem vergossen sind.