Zündspule für Zündeinrichtungen von Verbrennungskraftmaschinen. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündspule für Zündeinrichtungen von Verbiennungskraftmasehinen.
Gewöhnlich würde eine Erhöhung des Wirkungsgrades eines elektrischen Appara tes, welcher nur den, kleinen, zur Betätigung einer Zündspule erforderlichen Strombetrag erfordert, kein wesentlicher Faktor in der Konstruktion eines Automobils sein, so :dass der sich bei .der Einrichtung nach der vor liegenden Erfindung einstellende gegenüber demjenigen der bekannten Zündspulen redu zierte Stromverbrauch nicht von Wichtigkeit ist.
Das sich aus diesem erhöhten Wir- kungsgrade ergebende Merkmal von höchster Wichtigkeit ist jenes, dass eine, zum Ge brauch bei hochtourigen Mehrzylindermoto- ren geeigneter Zündspule mit einer wesent lichen Reduktion der Herstellungskosten ge baut werden kann.
Bekanntlich stellt,die Lie ferung von Zündstrom für Motoren für mitt lere Geschwindigkeiten ein verhältnismässig einfaches Problem -dar, da die Zeitdauer zum Aufbau des magnetischen Feldes genügend lang ist, um die Aufspeicherung der erfor- derlichen magnetischen Energie in der Zünd spule zu gestatten. Bei hochtourigen Motoren mit 8 bis 12 Zylindern ist das Intervall zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen zu kurz, um das Aufspeichern einer genügen den Energie im magnetischen greis zur Bil dung eines Funkens .an der Zündkerze zu gestatten.
Zu diesem Zwecke war es bis anhin üblieh, bei schnellaufenden. Motoren mit acht oder mehr, mit verhältnismässig hohen Kompressionen arbeitenden Zylindern zwei Zündspulen vorzusehen, das heisst eine für jede Einheit von vier oder mehr Zylin dern, so dass -die zum Aufspeichern der Ener gie in der Zündspule, das heisst zum- Aufbau des magnetischen Feldes. verfügbare Zeit panne verdoppelt wird.
Die Zündspule für Verbrennungsmotor- zündvorrichtungen: gemäss der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass lder grössere Teil der Windungen, der Sekundärwicklung an der Stelle des magnetischen greises ange ordnet ist, an welcher die graftliniendichte am grössten ist. Eine einzige Zündspule gemäss der Er findung vermag zwei Zündspulen bisheriger Bauart zu ersetzen, wodurch eine Vermin .derung der Anlagekosten erreicht wird.
Es zeigt sich, @dass eine Zündspule gemäss der Erfindung beträchtlich kleiner ist, als die übliche Zündspule von gleichem Zündver mögen, in -der Tat ist das Zündvermögen von allen solchen Zündspulen durch die elek tromotorische Kraft bestimmt, welch-- er forderlich ist, um einen Funken: an der Zündkerze des Motors indem kurzen, zu ,die- sein Zweck verfügbaren, und von der Motor geschwindigkeit abhängigen Zeitintervall zu erzeugen.
Zweckmässigerweise wird die .Sekundär- wicklung durch Wickeln mehrerer Draht schichten abwechselnd mit .Schichten von Iso- lierpapier gebildet, wobei die einzelnen auf einanderfolgenden Papierlagen. gegenüber der daruntexliegenden einen immer grösser werdenden Betrag über die Enden der darun ter liegenden Drahtschicht hinausreichen, so dass, wenn die Sekundärwieklu ng in den Zündstromkreis eingeschaltet ist,
das Poten tial der Wicklungsteile gegenüber dem Kern in den aufeinanderfolgenden Lagen zunimmt, wobei aber auch eine entsprechend vergrö sserte Isolation zwischen jeder Drahtschicht und dem gern vorhanden ist.
Die Zündspule nach der Erfindung kann in einfacher Konstruktion und wasserdicht ausgeführt werden, so dass Witterungsein- flüsse ihre Funktion nicht nachteilig beein flussen. Sie kann reichlich dimensioniert werden, so dass selbst im Falle, dass der Primärstrom zufälligerweise eingeschaltet bliebe, während der Motor nicht arbeitet, die Wicklung nicht beschädigt würde.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gemäss der vorliegenden. Erfindung.
Fig. 1 ist ein Leitungsschema, welches die elektrischen, zum Einbau der Zündspule in die Zündeinrichtung eines Achtzylinder-Mo- tors erforderlichen Verbindungen zeigt;
Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Zündspule; Fig. 3, 4 und 5 sind Schnitte nach den Linien 3-3 und 4-4 in Fig. 2, und 5-5 in Fig 4, und Fig. 6 veranschaulicht in grösserer An sicht die Art und Weise, wie die Sekundär wicklung gewickelt ist.
Die gezeichnete Zündspule ist insofern von üblicher Bauart, als sie einen offenen magnetischen Kreis aufweist, welchem eine Primärwicklung von verhältnismässig weni gen Windungen zusammen: mit einer Sekun- ,därwieklung von vielen Windungen zuge ordnet sind.
Die Primärwicklung ist mit der üblichen Zündbatterie und -dem Zündunterbrecher in Serie zu schalten und ein Kondensator wird parallel zu -der Unterbrechungsstelle des Un terbrechers geschaltet. Die Sekundärwick lung ist in üblicher Weise über einen ge wöhnlichen Verteiler mit rotierendem Ver teilerorgan mit den Zündkerzen zu verbinden.
Die Funktion der Zündspule ist die übliche, indem der Batteriestrom .die Ent stehung :des magnetischen Kreises bewirkt, dessen rascher Zerfall beim Öffnen der Un- terbrecherkontakte nach wohl bekannten, physikalischen Gesetzen eine E.M.K. von genügend grosser Potentialdifferenz erzeugt, um an der Zündkerze Funken zu bewirken, wobei die Stärke des magnetischen Feldes, die Hysteresis und Wirbelstromverluste im Kern, =die Anordnung,
der Sekundärwicklung im Kraftfeld und die verteilte Kapazität in der Sekundärwicklung die total nutzbare Energie begrenzende Faktoren sind.
Der einen erhöhten Wirkungsgrad bewir kende Umstand ist der, dass der grössere Teil der Windungen der Sekundärwicklung in be- zug auf den magnetischen greis an solcher Stelle angeordnet ist, an welcher die höchste Flugdichtigkeit vorhanden ist. Das direkte Resultat dieser neuen Anordnung liegt darin, ,dass letztere die Schaffung einer Zündspule mit einer Sekundärwicklung von äusserst nied riger Impedanz ermöglicht, woraus.
eine zur Erreichung ,der gewünschten- Ergebnisse ge nügend hohe Leistungsabgabe resultiert.
In Fig. 1 bezeichnet 10 einen Unter- breohernocken, welcher von dem Motor ange- trieben wird, in Verbindung mit welchem die Zündspule verwendet wird. Bei der Drehung des Nockens 10 wird ein Paar Unterbrücher- kontaktstücke 11 geöffnet und geschlossen. Diese Kontaktstücke sind zusammen mit einem ortsfesten Widerstand 12, einem Zünd schalter 13, einer Batterie 14 und der Pri märwicklung 15 der Zündspule in den Pri märstromkreis der Unterbrechereinrichtung geschaltet.
Ein Kondensator 16 ist in üblicher Weise im Nebenschluss zu den Unterbrecher kontakten 11 geschaltet. Ein Ende der Se kundärwicklung 17 der Zündspule ist mit dem einen Ende der Primärwicklung 15 ver bunden und beide sind bei geschlossenem Schalter 13 über die Batterie geerdet. Das andere Ende -der Sekundärwicklung ist mit dem Verteilerstück 18 verbunden, welches im Synchronismus mit dem Nocken 10 angetrie ben wird. Der in der Sekundärwicklung er zeugte Hochspannungsstrom wird durch das Verteilerstück 18 in üblicher Weise auf die verschiedenen Zündkerzen des Motors ver teilt.
Aus den Fig. 2, .3 und 4 ist ersichtlich, dass die gezeichnete Zündspule ein zweitei liges Gehäuse aufweist, welches zweck mässigerwei.se aus einer Phenolharzzusam- mensetzung gegossen ist und dessen unterer, schüsselförmiger Teil 19 eine vom obern Rand dieses Teils nach unten abstehende Ringschulter 20 aufweist. Vom Mittelteil des Gehäuses erstreckt .sich ein Befestigungs flansch 21, während eine Hochspannungs klemme 22 @u den tiefsten Teil des Bodens des '.teils 1.9 eingegossen ist.
Ein sohüssel- förmiger Deckel 23 greift in den Randteil .des Gehäuseteils 19 ein und zwischen beide ist ein Dichtungsring 24 zur Bildung eines Was ser- und luftdichten Abschlusses des Ge häuses eingelegt.
Ein Paar Nieten 25 (Fix. 5) halten den Deckel 23 in unverrückbarer Stel lung Aus Fig. 4 ist ersichtlich, @dass der Eisen kern der Zündspule aus einer Anzahl flacher, streifenförmiger Lamellen 26 besteht, welche sich diametral durch den zylindrischen Raum im Gehäuse 19 erstrecken und die in zwei Gruppen geteilt sind, deren Enden nach ent gegengesetzten Richtungen der Innenwand des Gehäuses entlang umgebogen sind, so dass sie beinahe aber nicht ganz zusammentref fen.
Hierdurch werden zwei magnetische Kreise mit einem Paar in bezug auf die Spule ,diametral gegenüberliegende Luftspalte ge schaffen, wobei beide Kreise über einen sich diametral durch das Gehäuse erstreckenden und zu einer beide Luftspalte verbindenden Linie senkrechten Kern führen. Die Anord nung von Luftspalten ist für die Funktion des Apparates wichtig, wie später ausgeführt wird.
Die zurückgebogenen Teile der Kern lamellen 26 werden mittelst des Gehäuses 19 mit zylindrischer Vertiefung aus dielek- trischem Stoff in einer gebogenen Stellung unbeweglich zurückgehalten, wobei sich die genannten Lamellenteile in die genannte Ver= tiefung erstrecken. Die zurückgebogenen Teile -der Kernlamellen 26 bilden also Teile eines Ringes, der in den Kranz des Gehäuses 19 eingefügt ist und auf .der Schulter 20 aufliegt.
Der Deckel 2,3 wird direkt gegen die Lamellen gepresst, so dass sie zwischen Gehäuse 19 und Deckel 23 unverrückbar festgehalten sind: Um den mittleren Teil -der Lamellen 26 ist eine dielektrische Röhre 27 angeordnet, auf welche die Primärwicklung 15 gewik- kelt ist, woibei sich Wicklung und Röhre auf ,die ganze diametrale Länge des Kernes er- streckL,n. Eine zweite, etwas kürzere, idielek- trische Röhre 28 ist auf dem Umfang der Wicklung 15 und auf dieser Röhre ist die ,
Sekundärwicklung 17 der Spule angeordnet. Aus Fig. 4 und 6 ist ersichtlich, dass die innern Lagen, dieser Wicklung etwa =/3 der Länge der Primärwicklung ausmachen und dass sie sich in der Hauptsache auf die ganze Länge der Röhre 28 erstrecken. Jede folgende Lage der Sekundärwicklung ist von geringerer axialer Länge als die untere, so dass ein Schnitt durch die Axe .der Spule eine solche Drahtverteilung zeigt, dass der Wicklungs querschnitt die Form eines symmetrischen Trapezes aufweist.
Wenn gewünscht, kann der Draht auch in Gruppen von Lagen von gleicher axialer Länge gewickelt sein, wobei einzig darauf zu achten ist, dass die Haupt form des Wicklungsquerschnittes :der Spule die soeben beschriebene ist.
Jede Drahtloge in der ,Sekundärwick- lung 1<B>7</B> wechselt mit einer Papierschicht 29 ab, wobei alle Papierschichten von gleicher axialer Länge sind.
Nun ist der Anfang der ersten Lage -der Wicklung geerdet, so dass das Potential des induzierten Stromes in :der Wicklung mit jeder folgenden Schicht zu nimmt; da -aber jede folgende .Schicht etwas kürzer ist, als die :darunterliegende, so bil den die überstehenden Teile der Papierlagen von gleich grosser axialer Länge eine Isolier schicht von zunehmender Dicke zwischen den Hochpotentialschicbten :der Wicklung und den zurückgebogenen Teilen der Kernlamel len.
Wenn die ,Spule moniert wird, so können :die Enden der Lamellen gegen .die Ecken der Spule zurückgebogen und dieser Teil abgeflacht werden, wie bei 30 gezeigt, ohne die Isolation dieses Teils zu vermindern, Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, dass die Sekundärwicklung eine Form besitzt, welche gestattet, den grösseren Teil :der Wick lungswindungen in jenem Teil des magne tischen greises anzuordnen, welcher :die grösste Fluxdichtigkeit besitzt.
Die wirksame Kupplung zwischen .den Windungen wird da durch erhöht, so dass gegenüber einer Spule mit rechteckigem Wicklungsquerschnitt zum Erreichen .derselben Spannung eine kleinere Anzahl von Sekundärwicklungen erforder lich ist. Dieses Merkmal der Wicklung trägt zur geringeren :Grösse der Spule wesentlich bei.
Die Herstellung der gezeichneten :Spule erfordert sehr wenig Geschicklichkeit, indem man nur die beiden Wicklungen zu wickeln und dann eine innerhalb die andere zu schie ben und die beiden über das Bündel der La mellen zu schieben hat. Alsdann werden die Enden der Lamellen um die Spule herum zurückgebogen und das Ganze wird in das Gehäuse 19 eingesetzt. Die verschiedenen Wicklungsenden werden mit in,das Gehäuse gegossenen<U>Klemmen</U> verbunden, wobei :das äussere Ende der Sekundärwicklung mit der Klemme 22 verbunden wird.
Das innere Ende der Sekundärwicklung ist mit :dem einen Ende der Primärwicklung verbunden und beide werden bei der Montago mittelst ein geschlossener Leiter über den Widerstand 12 und den Schalter 13 mit der Batterie verbun den. Die Primärwicklung ist :durch die Un- terbrecherkontaktstücke 11 mit einer in die Flansche 21 eingegossenen :S@ehraubenfeder 31 (Fig. 2) verbunden. Das freie Ende dieser Feder ist zugespitzt, so dass beim Montieren der Spule auf dem Motor automatisch Kon takt gebildet wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 16 in einer zylindrischen am Flansch 21 angefo:rmten Tasche angeord net, welche Tasche eine metallische Hülse 32 und eine geflanschte Metallhülse 33 besitzt, welche Hülsen in axialer Flucht liegen, aber voneinander abstehen und isoliert sind. Die Flanschhülse 33 ist mittelst eines eingeschlos senen Leiters mit der mit dem Unterbrecher arm zu verbindenden Seite :
der Primärwick lung verbunden, während die Hülse 32 durch einen eingeschlossenen Leiter mit einer Klemme 35 verbunden ist, um so mit dem festen Kontakt des Unterbrechers geerdet werden zu können. Der mit einem Metallge häuse versehene Kondensator 16 wird da durch sowohl in Stellung gehalten, als auch elektrisch mit dem anzuschliessenden Appa rat verbunden,.dass man einfach eine einzige Schraube 34 in die Fdansehhülse 33 ein setzt und sie in -das Ende des @Kondensatorb einschraubt.
Bei der Konstruktion von Zündspulen müssen jedoch gewisse Bedingungen erfüllt sein. So haben Zündspulen für langsam lau fende Motore mit niederer Kompression eine Spannung zu entwickeln, die nur zum Durch schlagen eines Luftspaltes von 1,6 mm ge nügt, während Zündspulen für schnellau fende Hochkompressionsmotoren infolge :des Druckes von 5 bis 6 Atm., unter dem die Zündkerze arbeitet, eine höhere Spannung haben müssen.
Aus diesem Grunde muss die Spannung solcher Zündspulen auf das Zwei- bis Dreifache der gewöhnlichen Durch schlagsspannung erhöht werden, um die Luft im Funkenspalt in der' beschränkten, zur Ver fügung stellenden Zeit zu ionisieren. Es wurde befunden, dass eine Spannung von 12000 bis 15000 V. erforderlich ist, um eine Funk tion der Spule unter allen Umständen zu sichern, wobei die von der Ionisation herrüh rende Verzögerung hauptsächlich bei kal tem, trockenem Wetter bemerkbar ist.
Die ideale Induktionsspule nach vorlie gendem Typ sollte eine sehr niedere Induk- tivität besitzen. Eine einzige Spule zur Be- tätigung eines Achtzylindermotors bei 4000 Gmdr. p. m. sollte eine Induktivität von nicht mehr als 0.006 bis 0,007 Henrys haben.
Die Spule sollte auch einen niederen Wider stand in der Primärwicklung haben; -die Stromstärke im Moment des Öffnens der Un- terbrecherkontakte sollte so gross wie möglich und die Feldstärke dementsprechend ein Ma ximum sein. Es ist sofort einleuchtend, dass alle diese Idealzustände in einem und dem selben Apparat nicht verkörpert werden können. Nichtsdestoweniger kann dank der speziellen Ausführung eine vorteilhaftere Kombination der einzelnen geforderten Merk male erreicht werden, als es bei irgend einem bekannten Typ einer Zündspule möglich war.
So wird zum Beispiel die Induktivität des vorliegenden Unterbrechers vorteilhafter weise auf 0,006 Henry reduziert, indem eilte kleine Anzahl von Primärwindungen und eine relativ grosse Stromstärke zur Erzeugung einer möglichst grossen Feldstärke vorgesehen wird. Die Anwendung einer kleinen Zahl von Windungen kann durch die Konstruktion des Kernes und die eigenartige Anordnung der Sekundärwicklung im magnetischen Kreis er möglicht werden.
Ferner ist bei Zündspülen die .Stromstärke im Primärstromkreis im Moment des Offnens des Unterbrecherkontaktes relativ hoch. Die Grösse dieses Stromes hängt von der Batterie spannung und der Frequenz der aufeinander- folgenden Zündungen ab, und bei hohen Fre quenzen erreicht der Spannungsabfall in der Primärwicklung der Zündspule wegen der In- duktivität .die Batteriespannung nicht.
Wird, wie es möglich ist, die Zündspule gemäss der vorliegenden Erfindung so ausgeführt, dass ihre Primärwicklung eine kleine Induktivi- tät aufweist, so kann selbst bei sehr grosser Frequenz die Stromstärke auf einen grossen Wert ansteigen. Aus diesem Grunde ist es möglich, bei schnellaufenden Achtzylinder motoren nur eine einzige Zündspule anzu wenden, während bis anhin zwei solche, eine für jeden Viererblock, erforderlich waren.
Wenn es auch sehr wichtig ist, den mag netischen Kreis in kürzester Zeit aufzubauen, so ist es sogar noch wichtiger, dass das Ver schwinden des Feldes 'beinahe augenblicklich stattfinde, um dadurch die E.M.K. im Pri märstromkreis und -dadurch die Sekundär spannung so viel als möglich zu erhöhen. Eine geringe Induktivität erleichtert das Ver schwinden .des magnetischen Feldes.
Bis anhin wurde jedoch eine niedere In duktivität nur mit Induktionsspulen mit einem offenen magnetischen Kreis erreicht. Bei solchen Spulen muss die Anzahl der Pri märwindungen auf das fünffache bis zum zehnfachen dessen erhöht werden, was :bei einem geschlossenen magnetischen Kreis er forderlich ist, und diese Erhöhung der Zahl der Windungen erhöht direkt den resultie renden Widerstand, so dass die erforderliche Zeitdauer, nach welcher der Strom seine maximal mögliche Stärke erreicht hat, we sentlich vergrössert wird.
Es ist einleuchtend, ,dass, wenn ein geschlossener magnetischer Kreis vorgesehen ist, die hohe Induktivität den Aufbau und das Verschwinden des mag netischen Fluxes derart vefrlangsamen würde, dass die Zündspule unwirksam würde. Wenn umgekehrt ein offener, magnetischer Kreis vorgesehen ist, so wird die induktive Wirkung des Kreises derart reduziert, da.ss übermässig grosse Primär- und Sekundär wicklungen erforderlich sind.
Bei der Zünd spule gemäss der vorliegenden Erfindung kann nun ein magnetischer Kreis mit einem Luftspalt versehen werden, welcher erheblich breiter ist, als der üblicherweise angewandte Luftspalt, und trotzdem auch die Feldstärke etwas geringer gewählt werden kann, als bei der üblichen Zündspule, so wird diese redu zierte induktive Wirkung durch die Anord nung des grösseren Teils der Sekundärwick lung an einer Stelle des magnetischen Krei ses, au welcher die Flugdichtigkeit auf einem Maximum ist, ausgeglichen, indem hierdurch die Zahl der wirksamen Windungen der Se kundärwicklung erhöht wird.
In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass zahlreiche Transformatoren vor geschlagen wurden, bei denen der gern aus zurückgebogenen Lamellen, deren Enden sich zur Bildung eines geschlossenen, magne tischen Stromkreises überlappen, besteht. Diese Konstruktionen beziehen sich aber ein zig auf Transformatoren und nicht auf In duktionsspulen. Obschon Transformatoren und Induktionsspulen auf der Induktion be ruhen, so sind die Probleme beider Appa rate so verschieden, dass letztere als unab hängig voneinander betrachtet werden. Ein Transformator arbeitet nur mit Wechsel strom, während eine Induktionsspule der vor liegenden Art nur mit Gleichstrom arbeiten soll.
Ferner wird bei allen Typen von Trans formatoren die magnetische Intensität durch die Amperewindungen per Längeneinheit be- stimmt, welche bei den üblichen Transfor matoren praktisch an allen Stellen im Stromkreis gleich ist. Bei einer Induktions spule ist die Intensität im magnetischen Kreise nicht gleichförmig, sondern sie er reicht in der Mitte zwischen den Enden der Primärwicklung ein Maximum.
Während also .die erfindungsgemässe vorgesehene S.e- kundärwicklung :den Wirkungsgrad von In duktionsspulen erhöht, würde eine solche Wicklung bei Anwendung in Verbindung mit einem Transformator nachteilig sein. Diese Einschränkungen sind nur erwähnt worden, um zu zeigen, dass die beschriebene Konstruktion nur bei Induktionsspulen an wendbar ist.