EP1280168A1 - Stabspule für Zündanlagen - Google Patents

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EP1280168A1
EP1280168A1 EP02015050A EP02015050A EP1280168A1 EP 1280168 A1 EP1280168 A1 EP 1280168A1 EP 02015050 A EP02015050 A EP 02015050A EP 02015050 A EP02015050 A EP 02015050A EP 1280168 A1 EP1280168 A1 EP 1280168A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
core
positioning element
winding
rod coil
rod
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02015050A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Nuebel
Lothar Detels
Bernd Fischer
Klaus Lerchenmueller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines

Definitions

  • the invention relates to a rod coil for ignition systems, in particular as an ignition coil in internal combustion engines of motor vehicles, according to the preamble of claim 1.
  • a rod coil which has a cylindrical housing in the basic form.
  • a first winding attached to an outer coil former, in particular a primary winding supplied with low voltage
  • a second winding attached to an inner coil former, in particular a secondary winding carrying high voltage during operation of the rod coil, and a cylindrical central one soft magnetic core arranged.
  • the rod coil according to the invention for ignition systems with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the aforementioned inadequacy is avoided to a satisfactory extent.
  • a first positioning element is attached to the core of the rod coil and can be joined to the inner coil body with a second positioning element.
  • the core can be centered with respect to the inner coil former, which occurs automatically during assembly in an advantageous manner in terms of production technology.
  • the insulation distance between the core and the high-voltage second winding is uniform all round.
  • the core can be coated uniformly with an insulating material, for example cast resin.
  • the core can have an arbitrary outer contour within a defined enveloping circle, wherein the manufacturing tolerances of the core can largely be compensated for.
  • FIG. 1 the general structure of a rod coil is shown in sections and schematically in a sectional illustration.
  • the first embodiment is in Figures 2, 3
  • the second embodiment is in Figures 4, 5 and that third exemplary embodiment is shown in FIGS. 6, 7.
  • FIG. 8 shows 3 variants of a first positioning element, as is used in the third exemplary embodiment.
  • the fourth exemplary embodiment is shown in FIGS. 9, 10.
  • a rod coil 11 for ignition systems in particular as an ignition coil in an internal combustion engine, is provided for direct contact with a spark plug, which is inserted in a shaft in a cylinder head of an internal combustion engine in the usual and not shown manner.
  • the rod coil 11 according to FIG. 1, as a largely rotationally symmetrical part, has a housing 12 which is cylindrical in its basic form, in which a first winding 14 attached to an outer coil former 13, a second winding 17 attached to an inner coil former 16, and a central winding Able, a soft magnetic core 18 is arranged.
  • the housing 12 and the two bobbins 13, 16 are made of plastic.
  • the first winding 14 is a primary winding supplied with low voltage, while the second winding 17 represents a secondary winding carrying high voltage during operation of the rod coil 11.
  • the bobbins 13, 16 and the core 18, spaces 19 are arranged, which are filled with a hardenable, electrically insulating casting resin 21.
  • the core 18, which is cylindrical in shape, consists of layered lamellae 22 made of grain-oriented Iron sheet according to Figures 6, 9, which are combined into a plate pack according to Figures 2, 10. In this way, a cylindrical core 18 can only be achieved in an approximate shape by the joining of differently wide slats 22 because of the thickness of the slats 22 still present.
  • a core 18 is formed by the disk pack, which has a stepped outer contour 23. Centering the core 18 within the inner coil body 16 is thereby made more difficult.
  • a first positioning element 26 is attached to the core 18 and a second positioning element 27 is attached to the inner coil former 16, which positioning elements 26, 27 can be added to one another.
  • a centrally arranged cuboid recess 31 is formed in an end region 28 of the core 18, starting from an end face 29 of the core 18 as the first positioning element 26.
  • the recess 31 is embodied on a plurality of centrally arranged positioning lamellae 32 which have corresponding punched-out areas.
  • the recess 31 could also be formed on a single positioning lamella 32.
  • An essentially radially directed bottom 33 is formed on the inner coil former 16, opposite the end face 29 of the core 18.
  • the bottom 33 could also be formed by individual webs which bridge the inner lateral surface 24 in one plane.
  • the axially extending second positioning element 27 is Centrally on the bottom 33 .
  • the axially extending second positioning element 27 as a bulge 34, which, like the second positioning elements 27 of the further exemplary embodiments also have a cross-sectional area that decreases towards a free end 36.
  • the second positioning element 27 is designed as a cone 37, which centers the core 18 when it is fed axially via its recess 31 in the inner coil former 16.
  • the first positioning element 26, as in the first exemplary embodiment, is designed as a cuboid recess 31 in the core 18.
  • the second positioning element 27 is shown as a bulge 34 in the form of a pin 38, which has a chamfer 39 on its free end 36 as a joining aid by means of the recess 31 of the core 18.
  • the pin 38 is slit twice, so that there are four free-standing, axially directed spring bars 41 which can spring back radially when joined with the rectangular recess 36, so that there is a play-free seat of the core 18 on the inner coil former 16.
  • the first positioning element 26 is designed as a bulge 34 and the second positioning element 27 as a recess 31.
  • the first positioning element 26 according to FIG. 6 emerges from the end face 29 with a semicircular cross-sectional area and is in variants according to FIG a cylindrical pin that is dome-shaped on the inside.
  • the second positioning element 27 according to FIG. 7 is designed as a sleeve 42 which, in a central position, stands vertically on the bottom 33 of the inner coil former 16 and is open at the opposite end for receiving the first positioning element 26 and here forms the recess 31.
  • the first positioning element 26 in deviation from the third exemplary embodiment, only the first positioning element 26 is changed with regard to its position. With the same shape, it is now mounted within the main geometry of the core 18 in a depression 43 of the core 18. The depression 43 is dimensioned such that it can accommodate the sleeve 42. The first positioning element 26 closes with its exposed end on the end face 29.
  • the special advantage of the fourth exemplary embodiment lies in the reduction of the material consumption in the manufacture of the positioning lamellae 32, since the punching waste is low here.
  • all other geometries of the core 18 according to the exemplary embodiments 1 to 3 offer the advantage that a magnet can be attached to the end face 29, which serves to increase the storable magnetic energy of the core 18.
  • the magnet must have a concentric hole, which allows the second positioning element 27 to pass through.
  • All proposed designs of the positioning elements 26, 27 of the four exemplary embodiments allow one by the axial assembly process of the core 18 Independent centering of the core 18 in the inner coil body 16, so that there is a uniform space 19 between the outer contour 23 of the core 18 and the inner circumferential surface 24.
  • the intermediate space 19 is filled with the casting resin 21 in order to mechanically stabilize the core 18 in the inner coil former 16 and to create an electrical insulation gap between the second winding 17 applied to the inner coil former 16 and the core 18. Due to the solidified casting resin 21, this electrical insulation section cannot be weakened by impurities, but remains in its original quality.
  • a core 18 positioned and fixed in this way in the inner coil former 16 is protected against the high voltage occurring in the second winding 17, so that an operationally reliable rod coil 11 is realized with this arrangement.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Eine Stabspule (11) für Zündanlagen, insbesondere als Zündspule in Brennkraftmaschinen, ist so auszuführen, dass sie betriebssicher ist. Die Stabspule (11) weist einen zentral angeordneten Kern (18) auf, der in einem inneren Spulenkörper (16) angeordnet ist. An einem Endbereich (28) des Kerns (18) ist ein erstes Positionierungselement (26) und an einem gegenüberliegenden Boden (33) des inneren Spulenkörpers (16) ist ein zweites Positionierungselement (27) angebracht. Beide Positionierungselemente (26, 27) sind zur Zentrierung des Kerns (18) gegenüber dem inneren Spulenkörper (16) zueinander fügbar, so dass ein gleichmäßiger Zwischenraum (19) zwischen dem Kern (18) und dem inneren Spulenkörper (16), der eine Hochspannung führende zweite Wicklung (17) trägt, hergestellt ist. Eine derartige Stabspule (11) ist für die Verwendung in der Automobilindustrie vorgesehen. <IMAGE>

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Stabspule für Zündanlagen, insbesondere als Zündspule in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • 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 Figur 1 ist in einer Schnittdarstellung der allgemeine Aufbau einer Stabspule abschnittsweise und schematisiert dargestellt. Das erste Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 2, 3, das zweite Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 4, 5 und das dritte Ausführungsbeispiel ist in Figuren 6, 7 gezeigt. In der Figur 8 sind 3 Varianten eines ersten Positionierungselementes, wie es bei dem dritten Ausführungsbeispiel verwendet wird, dargestellt. In den Figuren 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 Figur 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 Figuren 6, 9, die zu einem Lamellenpaket entsprechend den Figuren 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 Figuren 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 Figuren 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 Figuren 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 Figur 6 tritt mit halbkreisförmiger Querschnittsfläche aus der Stirnseite 29 heraus und ist in Varianten nach der Figur 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 Figur 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 Figuren 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 selbstständige 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 Isolationstrecke 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.

Claims (8)

  1. Stabspule für Zündanlagen, insbesondere als Zündspule in Brennkraftmaschinen, mit einem in der Grundform zylindrischen Gehäuse (12), in dem eine auf einem äusseren Spulenkörper (13) angebrachte erste Wicklung (14), insbesondere eine mit Niederspannung versorgte Primärwicklung, eine auf einem inneren Spulenkörper (16) angebrachte zweite Wicklung (17), insbesondere eine beim Betrieb der Stabspule (11) Hochspannung führende Sekundärwicklung, sowie ein länglicherer weichmagnetischer Kern (18) angeordnet ist, wobei zwischen dem Gehäuse (12), den Spulenkörpern (13, 16) und dem Kern (18) Zwischenräume (19) vorliegen, von denen zumindest einer mit aushärtbarem Gießharz (21) verfüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kern (18) ein erstes Positionierungselement (26) und an dem inneren Spulenkörper (16) ein zweites Positionierungselement (27) angebracht ist und diese Positionierungselemente (26, 27) zur Zentrierung des Kerns (18) gegenüber dem inneren Spulenkörper (16) zueinander fügbar sind.
  2. Stabspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionierungselement (26) an einem Endbereich (28) des Kerns (18) verkörpert ist und in diesem einen Endbereich (28) das höchste Spannungsgefälle zu der zweiten Wicklung (17) auftritt.
  3. Stabspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionierungselement (26) an einer Stirnseite (29) des Kerns (18) angeordnet ist und sowohl vertieft als eine Ausnehmung (31) als auch erhaben als eine Ausbuchtung (34) zu dieser ausgeführt sein kann.
  4. Stabspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (18) aus geschichteten zusammengefügten Lamellen (22) besteht, und das erste Positionierungselement (26) an wenigstens einer Lamelle (22) verkörpert ist und diese eine Positionierungslamelle (32) bildet.
  5. Stabspule nach einem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Spulenkörper (16) einen zumindest annähernd radial verlaufenden Boden 33 aufweist, an dem sich das in der Grundausrichtung axial verlaufende zweite Positionierungselement (27) befindet.
  6. Stabspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Positionierungselement (27) eine Querschnittsfläche aufweist, die sich zu einem freien Ende (36) hin vermindert.
  7. Stabspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Positionierungselement (27) als Kegel (37) oder als Zapfen (38) ausgebildet ist.
  8. Stabspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (38) geteilt ausgeführt ist und rückfederungsfähige Federstege (41) aufweist.
EP02015050A 2001-07-27 2002-07-05 Stabspule für Zündanlagen Withdrawn EP1280168A1 (de)

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