DE10110280A1

DE10110280A1 - Separat befestigbare Zündspule mit progressiv gewickelter Sekundärwicklung

Info

Publication number: DE10110280A1
Application number: DE10110280A
Authority: DE
Inventors: Albert A Skinner
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2001-09-13
Also published as: US6556118B1

Abstract

Eine Zündspulenanordnung (10) umfaßt einen Kern (28), der aus magnetisch permeablem Material gebildet ist und sich entlang einer Hauptachse ("A") erstreckt, eine Primärwicklung (30), die um den Kern (28) angeordnet ist, eine Sekundärwicklung (36), die auf einem Sekundärwicklungsspulenkörper (34) angeordnet ist, wobei zumindest eine der Zuleitungen der Sekundärwicklung mit einem Abschnitt eines Hochspannungsverbinderanschlusses (88) der Zündspulenanordnung (10) verbunden ist, der zur Verbindung mit einer entfernt angeordneten Zündkerze (14) ausgebildet ist, ein Gehäuse (22), das aus elektrisch isolierendem Material besteht, und eine magnetisch permeable Abschirmung (24), die auswärts von dem Gehäuse (22) angeordnet ist. Die Sekundärwicklung (36) ist progressiv auf den Sekundärwicklungsspulenkörper (34) gewickelt, wodurch Federzustände in Verbindung mit den segmentgewickelten Sekundärwicklungen und das Erfordernis für Polschuhe in dem magnetischen Kreis beseitigt wird, wodurch Komponenten, Kosten, Gewicht und Größe der Zündspulenanordnung (10) verringert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zündspulen zur Entwicklung einer Zündspannung, die an eine oder mehrere entfernt befestigte Zünd kerzen eines Ottomotors angelegt wird.

2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Bei Zündspulen, die so ausgebildet sind, daß sie in einem Motorraum ei nes Kraftfahrzeuges von einer Zündkerze entfernt befestigbar sind, ist es bekannt, daß diese sogenannte "segment"-gewickelte Sekundärwicklungen umfassen, wie aus dem U. S. Patent Nr. 5,015,982 ersichtlich ist, das von Skinner et al. eingereicht wurde. Skinner et al. offenbart eine Zündspule, die für einen Betrieb in einem Abgaszündsystem ausgebildet ist und einen magnetisch permeablen Kern, eine Primärwicklung und eine Sekundär wicklung aufweist, die auf einem Sekundärwicklungsspulenkörper ange ordnet ist. Die ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung sind mit jeweiligen Hochspannungstürmen zur Verbindung mit entfernt befestigten Zündkerzen verbunden. Der bei Skinner et al. offenbarte Sekundärwick lungsspulenkörper umfaßt ferner eine Vielzahl von axial beabstandeten und sich um den Umfang erstreckenden Rippen, die in Verbindung mit dem Außendurchmesser (AD) des Spulenkörpers eine Vielzahl von axial beabstandeten Wicklungsschlitzen definieren. Skinner et al. offenbart, daß jeder der Wicklungsschlitze eine Spulenwicklung umfaßt.

Entfernt oder getrennt befestigte Zündspulen verwenden herkömmlich ei ne segmentierte Sekundärwicklung, wie bei Skinner et al. offenbart ist. Jedoch bestehen bei der Ausbildung mit segmentierter Sekundärwicklung Nachteile. Zunächst ist es relativ schwierig, einen sogenannten Überkreu zungsbereich des Sekundärwicklungsspulenkörpers (d. h. einen Bereich, der einen Übergang der Sekundärwicklung zwischen Wicklungsschlitzen ermöglicht) mit herkömmlich verwendeten dielektrischen Materialien zu füllen, wie beispielsweise Epoxidvergußmaterial. Noch größere Schwierig keiten ergeben sich, wenn Polyestermaterial verwendet wird. Der vorher beschriebene Nachteil zur Befüllung bestimmter Bereiche mit Epoxidver gußmaterial führt infolge des Mangels an erforderlicher elektrischer Isolie rung in der Sekundärschaltung zu bestimmten Fehlerzuständen.

Ein anderer Nachteil mit segmentiert gewickelten Sekundärwicklungen betrifft den Überkreuzungsbereich selbst, bei dem bestimmte Spannungen an der Wicklung die Wahrscheinlichkeit eines Schadens erhöhen. Ein dritter Nachteil ist, daß die axial beabstandeten Rippen die Größe der Zündspule selbst erhöhen. Insbesondere ist, da sich die Rippen des Spu lenkörpers radial auswärts relativ zu dem zentral angeordneten Kern er strecken, die radiale Größe der Spule auch erhöht. Desweiteren ist eine magnetisch permeable Abschirmung, die herkömmlich vorgesehen ist, um neben anderen Dingen einen Flußrückführweg zu schaffen, herkömmlich auch radial um eine entsprechende Strecke auswärts verschoben. Dieser erhöhte Auswärtsabstand der Abschirmung führt zu dem Erfordernis so genannter "Polschuhe" an gegenüberliegenden axialen Enden des Kernes in der Zündspule, um so die nun erhöhte radiale Strecke von Kern zu Ab schirmung zu überbrücken (d. h. den magnetischen Kreis zu vervollständi gen). Beispielsweise offenbart Skinner et al., wie oben beschrieben ist, sol che Polschuhe. Die Polschuhe erhöhen jedoch die Kosten, die Größe und das Gewicht der Zündspule.

Es ist jedoch auch bekannt, eine sogenannte "Stift"-Zündspule (d. h. eine relativ schlanke Zündspule, die zur direkten Befestigung über und an ei ner Zündkerze ausgebildet ist) zu schaffen, die eine Sekundärwicklung aufweist, die gemäß eines sogenannten Verfahrens mit "progressiver" Wicklung auf einen Spulenkörper gewickelt ist, wie in dem U. S. Patent Nr. 5,929,736 gezeigt ist, das von Sakamaki et al. eingereicht wurde. Sa kamaki et al. offenbart eine Zündspule, die zur direkten Befestigung an einer Zündkerze ausgebildet ist, aber eine Sekundärwicklung aufweist, die gemäß einer Technik mit progressiver Wicklung gewickelt ist. Der bei Sa kamaki et al. offenbarte Sekundärwicklungsspulenkörper weist daher nicht die axial beabstandeten Rippen auf, die Wicklungsschlitze definie ren, wie oben beschrieben ist. Jedoch ist es nicht immer möglich oder er wünscht, eine Zündspule direkt an der Zündkerze zu befestigen. Daher muß bei vielen Fällen die Spule entfernt befestigt werden, und daher kann den Lehren von Sakamaki et al. nicht gefolgt werden.

Es besteht daher ein Bedarf, eine verbesserte Zündspule zu schaffen, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Nachteile minimiert oder be seitigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Zündspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale gekennzeichnet.

Eine Zündspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine progressiv gewickelte Sekundärwicklung, die eine kleinere Packung als eine vergleichbare segmentgewickelte Zündspulenanordnung zur Folge hat. Die Erfindung beseitigt ferner Fehlerzustände in Verbindung mit Zündspulen des Typs, die eine segmentgewickelte Sekundärwicklung auf weisen. Überdies können infolge beträchtlicher Größenverringerungen be stimmte Komponenten, die bei entfernt befestigten Zündspulen herkömm lich vorhanden sind, wie beispielsweise sogenannte "Polschuhe", beseitigt werden, wodurch eine Zündspulenanordnung geschaffen wird, die weniger Komponenten aufweist, weniger Materialien verwendet, eine vereinfachte Kernstruktur vorsieht und damit verringerte Kosten, eine kleinere Größe und verglichen zu herkömmlichen Konstruktionen ein verringertes Ge wicht aufweist.

Diese und andere Vorteile werden durch eine Zündspulenanordnung ge mäß der vorliegenden Erfindung erzielt, die umfaßt: einen Kern, der aus magnetisch permeablem Material gebildet ist und sich entlang einer Hauptachse erstreckt, eine Primärwicklung, die um den Kern angeordnet ist, eine Sekundärwicklung, die an einem Sekundärwicklungsspulenkör per angeordnet ist, der auch um den Kern angeordnet ist, wobei zumin dest eines der ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung elektrisch mit einem Hochspannungsverbinderanschluß verbunden ist, der zur Ver bindung mit einer entfernt angeordneten Zündkerze ausgebildet ist, ein Gehäuse, das aus elektrisch isolierendem Material besteht, und eine ma gnetisch permeable Abschirmung, die außerhalb des Gehäuses angeord net ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sekundärwicklung progressiv auf den Sekundärwicklungsspulenkörper gewickelt ist.

ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung ist nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Explosionsansicht einer Zündspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Zündspulenanordnung von Fig. 1 in einem teilweise zusammengebauten Zustand ist;

Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Ansicht der Zündspulen anordnung von Fig. 1 in einem vollständig zusammenge bauten und vergossenen Zustand ist;

Fig. 4 eine vereinfachte Schnittansicht der in Fig. 3 gezeigten Zündspulenanordnung im wesentlichen entlang der Linien 4-4 ist;

Fig. 5 eine vereinfachte Schnittansicht der in Fig. 3 gezeigten Zündspulenanordnung im wesentlichen entlang Linien 5-5 ist; und

Fig. 6 eine vereinfachte Schnittansicht eines Abschnittes der Spulenanordnung der in Fig. 1 gezeigten Zündspulenan ordnung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In den Zeichnungen sind in allen Ansichten für gleiche Komponenten glei che Bezugszeichen verwendet. Fig. 1 ist eine perspektivische Explosions ansicht einer Zündspulenanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfin dung. Wie allgemein bekannt ist, kann eine Zündspulenanordnung 10 beispielsweise mit einem Zündsystem 12 gekoppelt sein, das eine Primär anregungsschaltung zur Steuerung der Ladung und Entladung der Zünd spulenanordnung 10 umfaßt. Ferner wird, wie auch gut bekannt ist, die relativ hohe Spannung, die durch die Zündspulenanordnung 10 erzeugt wird, an eine herkömmliche Zündkerze 14, die von der Zündspulenanord nung 10 entfernt befestigt ist, über ein herkömmliches Zündkabel 15 ge liefert. Die Zündkerze 14 kann über ein Gewinde in einer Zündkerzenöff nung in einem Brennraum des Motors gehalten werden (wie herkömm lich). Das resultierende Zündereignis kann dazu verwendet werden, eine Verbrennung in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuleiten. Ein derartiger Motor (nicht gezeigt) kann dazu verwendet werden, bei spielsweise ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Das Zündsystem 12, die Zünd kerze 14 und das Zündkabel 15 führt herkömmliche Funktionen aus, die in der Technik gut bekannt sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Zündspulenanordnung 10 ist zur Verwendung mit einem Sechs-Zylinder-Motor ausgebildet und ferner für einen Betrieb in einem sogenannten verteilerlosen Zündsystem (DIS) ausgebildet, bei dem eine gegebene Sekundärwicklung mit zwei Zündkerzen verbunden ist (d. h. ein sogenanntes Waste-Spark-System).

Die Zündspulenanordnung 10 ist zur Anbringung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise an einem Motor (oder einem Anteil desselben) direkt oder an einer Seitenwand oder dergleichen des Motor raumes ausgebildet. In jedem Fall ist die Zündspulenanordnung 10 von der Zündkerze 14 entfernt befestigt, wodurch eine elektrische Verbindung erforderlich ist, wie beispielsweise ein Zündkabel 15, um einen richtigen Betrieb sicherzustellen.

Die nachfolgend detailliert beschriebene Konfiguration für eine Zündspu lenanordnung verringert Größe, Kosten und Gewicht durch Verwendung einer progressiv gewickelten Sekundärwicklung anstelle einer segmentge wickelten Sekundärwicklung. Andere Vorteile, wie beispielsweise die Be seitigung von Fehlerzuständen in Verbindung mit der segmentgewickelten Sekundärwicklung werden auch erzielt, wie beschrieben wird.

Nachfolgend wird nun eine bevorzugte Ausführungsform detailliert be schrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt gemäß der vorliegenden Erfin dung eine Zündspulenanordnung 10 eine Spulen- und Modulanordnung 16 (umfassend eine Spulenanordnung 18 und eine Modulanordnung 20), eine Gehäuseanordnung 22, eine Abschirmung 24 und eine oder mehrere Spulenabdeckungen, die in den Zeichnungen mit 26 ₁, 26 ₂ und 26 ₃ be zeichnet sind (am besten in Fig. 3 gezeigt).

Spulenanordnungen 18 _1-4, 18 _2-5 und 18 _3-6 sind jeweils allgemein zur Transformation einer relativ niedrigen Spannung (beispielsweise 12 Volt, die von einer herkömmlichen Fahrzeugbatterie erhalten werden) auf eine relativ hohe Spannung ausgebildet, die ausreichend ist, um einen Licht bogen über den Spalt der Zündkerze zu erzeugen. Da die veranschaulichte Ausführungsform zur Verwendung in einem Waste-Spark-System ausge bildet ist, zündet jede Spulenanordnung 18 zwei Zündkerzen, die in jewei ligen Zylindern des Motors angeordnet sind. Beispielsweise sieht die Spu lenanordnung, die mit 18 _1-4 bezeichnet ist, eine Zündspannung für Zünd kerzen vor, die in Motorzylindern mit den Nr. 1 und 4 angeordnet sind. Dieses Ergebnis wird durch Verbinden erster und zweiter Enden der Se kundärwicklung mit jeweiligen Hochspannungstürmen für jeden Zylinder erreicht, die dann mit den Kerzen für die Zylinder mit den Nrn. 1 und 4 über mehrere Kabel 15 verbunden sind. Die Zündspulenanordnung 10 umfaßt ferner eine Spulenanordnung 18 _2-5 für Zylinder mit den Nrn. 2 und 5 und eine Spulenanordnung 18 _3-6 für Zylinder mit den Nrn. 3 und 6.

Fig. 6 zeigt ein Detail eines Teils einer Spulenanordnung 18, wobei jede Spulenanordnung 18 _i (wobei i = 1-4, 2-5 oder 3-6 ist) eine Primärwick lungsanordnung, die einen Kern 28 und eine Primärwicklung 30 umfaßt, dielektrisches Material, wie beispielsweise Epoxidvergußmaterial 32, einen Sekundärwicklungsspulenkörper 34 und eine Sekundärwicklung 36 um faßt, die auf den Sekundärwicklungsspulenkörper 34 progressiv gewickelt ist.

Der Kern 28 kann länglich sein und eine damit in Verbindung stehende Hauptachse in Längsrichtung aufweisen, die in der Figur als Achse "A" be zeichnet ist. Der Kern 28 umfaßt ein oberes erstes Ende und ein unteres zweites Ende. Der Kern 28 umfaßt magnetisch permeables Material, wie beispielsweise eine Vielzahl von Silizium-Stahl-Laminierungen oder alter nativ dazu kunststoffbeschichtete Eisenpartikel, die in einem Formpreß vorgang geformt sind, wie in der Technik bekannt und beispielsweise in dem U. S. Patent Nr. 5,015,982 mit dem Titel "IGNITION COIL" offenbart ist, das hier vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Wie gezeigt ist, kann der Kern 28 eine im wesentlichen zylindrische Form annehmen (die eine allgemein kreisförmige Form im radialen Querschnitt ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist).

Die Primärwicklung 30 kann direkt auf den Kern 28 gewickelt sein, jedoch ist bei einer zusammengebauten Ausführungsform die Primärwicklung 30 auf einen Primärwicklungsspulenkörper (nicht gezeigt) mit herkömmli chem Aufbau gewickelt. Die Primärwicklung 30 umfaßt erste und zweite Enden und ist so ausgebildet, um einen Primärstrom I_p zum Laden der jeweiligen Spulenanordnung (d. h. eine von 18 _1-4, 18 _2-5 oder 18 _3-6) bei Steuerung des Zündsystemes 12 vorzusehen. Die Wicklung 30 kann unter Verwendung bekannter Methoden und herkömmlicher Materialien ausge führt sein. Beispielsweise bestand bei einer Ausführungsform die Primär wicklung 30 aus 166 Windungen (166T) mit einem polyesterbeschichteten Draht mit #20 AWG einfacher Bauart in zwei Lagen für einen Nennpri märstrom I_p mit 10A Spitze. Es sei zu verstehen, daß das Vorhergehende lediglich beispielhafter anstatt begrenzender Natur ist. Fachleute können basierend auf bestimmten Konstruktionskriterien alternative Konfigura tionen entwickeln.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt die Primärwicklungsanordnung ferner ein Paar von Stäben, die aus einem nicht leitfähigen Material, wie beispiels weise Kunststoff (beispielsweise das Spulenkörpermaterial) bestehen und auf die zeitweise die ersten und zweiten Enden der Primärwicklung 30 ge wickelt sind. Ein derartiger Stab, der als Stab 38 bezeichnet ist, ist in Fig. 5 gezeigt. Somit existieren für die drei Primärspulenanordnungen sechs (6) Stäbe ähnlich dem Stab 38.

Die Stäbe ragen entweder radial oder axial von der jeweiligen Spulenan ordnung 181 nach außen vor, um einen Stab oder dergleichen zu bilden, der nachfolgende Verbindungen zu entsprechenden Metallanschlüssen der Modulanordnung 20 ermöglicht. Insbesondere werden, nachdem die Pri märwicklung auf den Spulenkörper gewickelt worden ist, die Enden bis später an die Stäbe 30 gewickelt. Dann werden die Enden während des endgültigen Zusammenbaues von dem Stab 38 abgewickelt, zu dem Modul 20 verlängert und direkt auf dieses gewickelt.

Fig. 6 zeigt, daß die Primärwicklungsanordnung auch einen Kappenab schnitt 40 umfaßt, der an dem oberen Ende des Kernes 28 angeordnet ist und ein Abschnitt des Primärwicklungsspulenkörpers (nicht gezeigt) sein kann. Der Kappenabschnitt 40 umfaßt ein mechanisches Anschlagmerk mal 42, das sich über einen vorgewählten Umfangsbereich radial nach außen erstreckt.

Zwischen dem Außendurchmesser (AD) der Primärwicklung 30 und einem Innendurchmesser (ID) eines Sekundärwicklungsspulenkörpers 34 ist ein ringförmiger Raum ausgebildet, der einen Verguß-"Kanal" definiert. Dieser "Kanal" wird während des Zusammenbaues mit Vergußmaterial 32 befüllt.

Das Vergußmaterial 32 dient der Funktion der elektrischen Isolierung und sieht einen Schutz vor Umgebungsfaktoren vor, die während der Lebens dauer der Zündspulenanordnung 10 auftreten können. Fachleuten ist ei ne Anzahl von geeigneten Epoxidvergußmaterialien gut bekannt.

Der Sekundärwicklungsspulenkörper 34 ist so ausgebildet, um eine Se kundärwicklung 36 aufnehmen und halten zu können. Der Spulenkörper 34 ist benachbart zu und radial auswärts von den Zentralkomponenten angeordnet, die einen Kern 28 und eine Primärwicklung 30 (zusätzlich zu Epoxidvergußmaterial 32) umfassen. Vorzugsweise steht der Spulenkörper 34 in koaxialer Beziehung zu dem Kern 28 und der Primärwicklung 30.

Der Spulenkörper 34 ist allgemein aus elektrisch isolierendem Material gebildet, das Eigenschaften aufweist, die zum Gebrauch in einer Umge bung mit relativ hoher Temperatur geeignet sind. Beispielsweise kann der Spulenkörper 34 ein Kunststoffmaterial umfassen, wie einen thermopla stischen Polybutylenterephthalat-(PBT)-Polyester.

Der Sekundärwicklungsspulenkörper 34 umfaßt einen Ansatz oder eine Schulter 44, die an einem oberen axialen Ende desselben angeordnet ist und sich von einem allgemein zylindrischen Spulenkörper 46 mit glatter Außenfläche erstreckt.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt der Sekundärwicklungsspulenkörper 34 auch einen ersten Hochspannungsanschluß 48 und einen zweiten Hoch spannungsanschluß 50, der vorzugsweise in dem Spulenkörper mittels Insert-Technik ausgebildet ist. Anschlüsse 48 und 50 umfassen elektrisch leitfähiges Material, wie beispielsweise Metall. Diese HV-Anschlüsse 48, 50 sind zur Verbindung mit entsprechenden HV-Türmen auf eine unten be schriebene Art und Weise ausgebildet.

Die Sekundärwicklung 36 ist, wie oben beschrieben ist, auf einen Spulen körper 34 gewickelt und umfaßt erste und zweite Enden oder Zuleitungen. Jedes Ende ist mit einem jeweiligen der Hochspannungsanschlüsse 48 und 50 verbunden. Wie bekannt ist, dient eine Unterbrechung eines Pri märstromes I_p durch Primärwicklung 30, die durch das Zündsystem 12 gesteuert ist, dazu, an diesen Enden der Sekundärwicklung 36 eine Hoch spannung zu erzeugen. Gemäß der Erfindung ist die Sekundärwicklung 36 nach der Methode mit progressiver Wicklung gewickelt, wie allgemein beispielsweise aus dem U. S. Patent Nr. 5,929,736 mit dem Titel "ENGINE IGNITION COIL DEVICE AND METHOD OF WINDING AN IGNITION COIL" bekannt ist, die von Sakamaki et al. eingereicht wurde und zu diesem Zweck hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Insbesondere wird die progressiv gewickelte Sekundärwicklung 36 mit einer vorbestimmten An zahl von Lagen ausgebildet, wobei jede Lage der Sekundärwicklung 36 unter vorgewählten Winkeln in einer Axialrichtung auf der glatten Außen fläche eines Spulenkörpers 46 angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform umfaßt die Sekundärwicklung 36 15.272 Windungen (plus oder minus 20 Windungen) aus Draht mit #41 AWG schwerer Bauart mit einem damit in Verbindung stehenden Widerstand zwischen etwa 4200-5200 Ohm bei 25°C (plus oder minus 10°C) und mit einer Nennhöhe der Sekundärwick lung von 1,64 Millimetern.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Modulanordnung 20 so ausgebildet, um zwischen den Wicklungsanordnungen 18 _i und dem Zündsystem 12 eine Schnittstelle zu schaffen. Die Modulanordnung 20 ist ferner so ausgebil det, daß sie eine Stromversorgungsschaltung umfaßt, die dazu dient, ei nen Primäranregungsstrom in Ansprechen auf elektronische Zündein stellungsbefehlssignale von dem Zündsystem 12 zu liefern. Diese Funkti on ist in der Technik gut bekannt und wird daher nicht detaillierter be schrieben. Die Modulanordnung 20 umfaßt einen Verbinderkörper 52 für Niederspannung (LV), einen Zuleitungsrahmen mit einer ersten Vielzahl elektrisch leitfähiger Anschlüsse 54 und einer zweiten Vielzahl elektrisch leitfähiger Anschlüsse 56, ein Gel-Füllmaterial 58, eine Modulabdeckung 60, ein Ausrichtungsmerkmal 62, ein Substrat 63 und eine Rückenplatte 64.

Der Verbinderkörper 52 umfaßt allgemein ein elektrisch isolierendes Ma terial mit Eigenschaften, die zum Gebrauch in einer Umgebung mit relativ hoher Temperatur geeignet sind. Beispielsweise kann der Verbinderkörper 52 Kunststoffmaterial umfassen, wie beispielsweise ein thermoplastisches Polybutylenterephthalat-(PBT)-Polyester, das kommerziell mit der Han delsbezeichnung RYNITE® Spezifikation RE5220 BK533 von E. I. du Pont de Nemours und Company, Wilmington, Delaware, USA erhältlich ist. Es sei zu verstehen, daß eine Vielzahl alternativer Materialien, die für den Verbinderkörper 52 verwendet werden können, Fachleuten bekannt sind und das Vorhergehende daher nur beispielhafter und nicht begrenzender Natur ist.

Anschluß 54 sieht eine vorstehende Verbinderhälfte vor, die in Zusam menwirken mit einem entsprechenden aufnehmenden Verbinder mit In dustriestandard eine elektrische Verbindung bildet, die Signale von dem Zündsystem 12 überträgt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind sechs Anschlüsse 54 entsprechend den folgenden Signalen vorgese hen: Masse (GND), elektronische Zündeinstellung niedrig (EST LO), elek tronische Zündeinstellung für Zylinder 1 und 4 (EST 1/4), elektronisches Zündeinstellsignal für Zylinder 2 und 5 (EST 2/5), elektronische Zündein stellung für Zylinder 3 und 6 (EST 3/6) und Batteriespannung (B+). Wie allgemein bekannt ist, beginnt die Einführung eines der elektronischen Zündeinstellungssignale ein "Verweil"-Intervall, das endet, wenn ein sol ches Signal unterbrochen wird. Während des Verweilintervalles baut sich ein Primärstrom I_p auf. Eine Unterbrechung des Primärstromes bewirkt eine durch die Spule erzeugte Hochspannung, die in der Zündkerze eine entsprechende Zylinderzündung zur Folge hat.

Bei der veranschaulichten Ausführungsform beträgt die Anzahl der An schlüsse 56 sechs (6), nämlich zwei Anschlüsse für jede der Spulenanord nungen 181. Insbesondere ist für jede Spulenanordnung 18 _i ein "B+"- Anschluß und ein "C-"-Anschluß vorgesehen. Der B+-Anschluß dient zur Verbindung eines hohen Seitenendes einer jeweiligen Primärwicklung 30 mit einer Batteriespannung. Der "C-"-Anschluß dient zur Verbindung ei nes zweiten niedrigen Seitenendes einer jeweiligen Primärwicklung 30 mit der oben beschriebenen Leistungsschaltung zur selektiven Verbindung mit Masse gemäß einem der elektronischen Zündeinstellungssignale (EST- Signale). Aus dem Vorhergehenden wird offensichtlich, daß die Modu lanordnung 20 selektiv eine jeweilige der Primärwicklungen 30 zwischen Batteriespannung und Masse anordnen kann, um durch diese einen Pri märstrom I_p herzustellen.

Das Gelmaterial 58 umfaßt ein Material, das zur Verwendung bei der Ein kapselung von Halbleiterelektronikvorrichtungen und damit in Verbin dung stehenden Energieverbindungen geeignet ist.

Die Modulabdeckung 60 besteht allgemein aus elektrisch isolierendem Material und kann beispielsweise das PBT-Material umfassen, das oben beschrieben und kommerziell unter der Handelsbezeichnung RYNITE® RE5220 BK533 von der E. I. du Pont de Nemours und Company, Wilmington, Delaware, USA, erhältlich ist. Selbstverständlich kann dies durch andere Materialien, die Fachleuten bekannt sind, ersetzt werden und bleibt dennoch innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Er findung.

Das Ausrichtungsmerkmal 62 umfaßt einen sich seitlich erstreckenden Kanal, der so geformt und bemessen ist, um ein entsprechendes Aus richtungsmerkmal 94 aufnehmen zu können, das in dem Gehäuse 22 ausgebildet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Ausrich tungsmerkmal 94 eine Seitenwand 72.

Das Substrat 63 umfaßt elektrisch isolierendes Material und kann bei spielsweise eine 96% Aluminiumoxidkeramik sein. Das Substrat 63 kann die oben beschriebene herkömmliche Stromversorgungsschaltung umfas sen.

Die Rückenplatte 64 dichtet den Innenraum des Verbinderkörpers 52 für Niederspannung (LV) ab und kann Aluminiummaterial umfassen. Das Substrat 63 kann an der Rückenplatte 64 durch Verwendung eines geeig neten Klebstoffes befestigt sein, und durch die Rückenplatte 64 kann Wärme sicher abgegeben werden. Zwischen dem Substrat 63 und dem Zuleitungsrahmen (der teilweise als Anschlüsse 54 und 56 gezeigt ist) sind Drähte (nicht gezeigt) vorgesehen, um elektrische Verbindungen zwischen der Stromversorgungsschaltung und den oben beschriebenen Anschlüs sen 54 und Anschlüssen 56 herzustellen.

Fig. 1 zeigt, daß die Gehäuseanordnung 22 ein Behältnis zur Aufnahme verschiedener Unteranordnungen bildet. Die Gehäuseanordnung 22 um faßt eine Basiswand 66 mit einer Innenfläche 68 und einer Außenfläche 70 (am besten in Fig. 5 gezeigt), wobei eine Vielzahl von Seitenwänden 72 einen Innenraum 74 definiert. Die Gehäuseanordnung 22 ist durch eine obere Öffnung 76 (am besten in Fig. 5 gezeigt) zu einem Ende hin offen. Die Gehäuseanordnung 22 umfaßt ferner mehrere Türme 78, nämlich ei nen für jeden Zylinder. In den Figuren entspricht Turm 78 ₁ dem Zylinder mit der Nummer 1 des Motors, Turm 78 ₂ entspricht dem Zylinder mit der Nummer 2 des Motors usw. bis zu Turm 78 ₆, der dem Zylinder mit der Nummer 6 des Motors entspricht. Die Gehäuseanordnung 22 umfaßt fer ner eine Vielzahl von Trennwänden 80 ₁ und 80 ₂, die sich allgemein in ei ner Richtung rechtwinklig zu der Basiswand 66 erstrecken. Die Trenn wände 80 ₁ und 80 ₂ definieren eine Vielzahl von Hohlräumen 82 ₁, 82 ₂ und 82 ₃, die so ausgestaltet sind, um eine entsprechende Spulenanordnung 18 ₁ aufnehmen zu können (wie am besten in Fig. 2 gezeigt ist). Die Gehäu seanordnung 22 umfaßt ferner eine Vielzahl von Ausrichtungsschienen 84, um Spulenzusammenbauten beim endgültigen Zusammenbau zu er leichtern und auszurichten.

Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist jeder Hohlraum 82 ₁, 82 ₂ und 82 ₃ teilweise durch einen ersten Abschnitt einer Basiswand 66 (insbesondere die Innenfläche 68 desselben) definiert und durch eine vorherbestimmte Form gekennzeichnet. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Form im Querschnitt im wesentlichen U-förmig und kann entlang seiner Längs ausdehnung eine Zylinderform aufweisen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann die Gehäuseanordnung 22 ferner eine Hülse 86, eine Vielzahl von Hochspannungsverbinderanschlüssen 88, von denen jedem eine entsprechende Federkontaktanordnung 90 zugeordnet ist, ein Abstandsmerkmal 92 und ein Ausrichtungsmerkmal 94 umfassen. Die Türme 78 umgeben die HV-Verbinderanschlüsse 88. Die Türme 78 und Verbinderanschlüsse 88 sind so bemessen und ausgebildet, um einen herkömmlichen "Kappen"-Abschnitt eines Zündkabels 15 (nicht gezeigt) aufnehmen zu können.

Die Gehäuseanordnung 22 kann aus elektrisch isolierendem Material be stehen und kann beispielsweise das PBT-Material umfassen, das oben be schrieben wurde und kommerziell mit der Handelsbezeichnung RYNITE® von E. I. du Pont de Nemours und Company, Wilmington, Delaware, USA, kommerziell erhältlich ist.

Fig. 1 zeigt eine Abschirmung 24 in perspektivischer Ansicht. Die Ab schirmung 24 umfaßt eine Vielzahl von Zapfen 96 zur Befestigung der Ab schirmung 24 an einer Außenfläche der Gehäuseanordnung 22. Die Ab schirmung 24 kann aus magnetisch permeablem Material bestehen, wie beispielsweise 1008 Stahl. Es können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, wobei dies immer noch innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung liegt.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, können die Spulenabdeckungen 26 ₁, 26 ₂ und 26 ₃ aus demselben Material wie die Gehäuseanordnung 22 be stehen, insbesondere aus elektrisch isolierendem Material. Beispielsweise kann dieses Material das oben beschriebene PBT-Material sein. Die Ab deckungen 26 ₁, 26 ₂ und 26 ₃ sind so ausgebildet, daß sie mit der Form der Spulenanordnungen 18 _i übereinstimmen und in jeweilige Hohlräume 81 ₁, 82 ₂ und 82 ₃ passen, um eine jeweilige obere Öffnung derselben abzu dichten.

Anschließend wird der Zusammenbau einer Zündspulenanordnung 10 unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Zunächst können die Spulen anordnungen 18 hergestellt und vorgetestet werden. Beispielsweise kann Primärwicklung 30 auf einen Primärwicklungsspulenkörper gewickelt und über einen bereits geformten Kern 28 angeordnet werden. Als nächstes kann die Sekundärwicklung 36 gemäß der vorliegenden Erfindung auf progressive Art und Weise auf einen Sekundärwicklungsspulenkörper 34 gewickelt werden. Die ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung 36 sind mit Hochspannungsanschlüssen 48 und 50 verbunden, die an schließend in eine "L"-Form (siehe Fig. 5) gebogen werden, wobei ein kur zes Bein gebildet wird, das parallel zur Achse A liegt (d. h. die lange Achse der Spulenanordnung 18). Als nächstes kann der Zusammenbau aus Kern 28 und Primärwicklung 30 in einen Innendurchmesserabschnitt eines Se kundärwicklungsspulenkörpers eingesetzt werden, bis ein mechanischer Anschlag 52 an der Schulter 44 anliegt. Dieses Merkmal sieht für den Monteur bezüglich der gewünschten fertigen Orientierung eine positive Rückmeldung vor. Dieses "Anschlag"-Merkmal ist am besten in Fig. 6 in einem vollständig zusammengebauten Zustand gezeigt. Erste und zweite Zuleitungen (beispielsweise Ende 98) der Primärwicklung 30 sind zeitwei lig auf jeweilige Stäbe 38 gewickelt. Dies vervollständigt den Zusammen bau für eine der Spulenanordnungen 18 _i. Dieser Prozeß wird für weitere Spulenanordnungen 18 wiederholt, die in der Zündspulenanordnung 10 enthalten sind. Selbstverständlich können an verschiedenen Punkten während dieses Prozesses sowohl die Primärwicklung 30 als auch die Se kundärwicklung 36 bezüglich "Unterbrechungen", "Kurzschlüssen" sowie anderen gewünschten elektrischen Eigenschaften (beispielsweise Wider stand von einem Ende zum anderen) untersucht werden.

Als nächstes wird die Modulanordnung 20 zusammengebaut. Bei dieser Phase kann ein Zuleitungsrahmen, der Anschlüsse 54 und 56 umfaßt, in einem LV-Verbinderkörper 52 mittels Insert-Technik befestigt werden. Das Substrat 63 wird (beispielsweise unter Verwendung von Klebstoff) an die Rückenplatte 64 geklebt, Drähte werden geeigneterweise von dem Substrat 63 zu dem Zuleitungsrahmen verbunden und die Kombination aus Substrat 63 und Rückenplatte 64 wird an dem Verbinderkörper 52 befestigt. Der innere Hohlraum des Verbinderkörpers 52 wird anschlie ßend mit Gel 58 befüllt, und die Modulabdeckung 60 wird an dem Verbin derkörper (beispielsweise unter Verwendung von Klebstoff) befestigt. Dies beendet den Zusammenbau der Modulanordnung 20. Bestimmte elektri sche Untersuchungen können dann ausgeführt werden, um sicherzustel len, daß die gewünschte Herstellung dieser Unteranordnung erreicht wor den ist.

Als nächstes werden die Spulenanordnungen 18 elektrisch mit der Modul anordnung 20 verbunden. Dies betrifft den Schritt zur Verbindung der Zuleitungen der jeweiligen Primärwicklungen 30 (d. h. der Enden 98) mit entsprechenden Anschlüssen 56 der Modulanordnung 20 (wie in Fig. 1 und Fig. 5 gezeigt ist). Die resultierende Unteranordnung, nämlich die Spulen- und Modulanordnung 16, die der obersten Ansicht von Fig. 1 ent spricht, kann nun vollständig untersucht werden, um einen gewünschten Betrieb sicherzustellen.

Wie nun in Fig. 2 gezeigt ist, wird als nächstes die Spulen- und Modul anordnung 16 durch Öffnung 76 der Gehäuseanordnung 22 eingesetzt, bis eine obere Fläche der Gehäuseanordnung 22 im wesentlichen mit dem oberen Bereich der Modulanordnung 20 (d. h. insbesondere dem oberen Bereich der Rückenplatte 64) fluchtet. Dabei wirken die Flansche in der Nähe der Enden der Spulenanordnungen 18 mit Ausrichtungsschienen 84 zusammen, um eine richtige Anordnung der Spulenanordnungen in den entsprechenden Hohlräumen 82 ₁, 82 ₂ und 82 ₃ sicherzustellen. Die HV- Anschlüsse 48 und 50 der Spulenanordnungen 18 _i sind so, wie sie in das Gehäuse 22 eingesetzt sind, an einer Unterseite derselben angeordnet. Die Federkontakte 90 sind in den Hohlräumen angeordnet, so daß sie bei dem Einsetzen mit den HV-Anschlüssen in Ausrichtung liegen. Die HV- Anschlüsse 48 und 50 stehen daher mit jeweiligen Federkontakten 90 in Eingriff, die an dem Boden jedes Hohlraumes 82 ₁, 82 ₂ und 82 ₃ angeordnet sind. Dieser Kontakt ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen je dem Ende der Sekundärwicklung 36 und einem jeweiligen HV- Verbinderanschluß 88. Anschließend kann ein Zündkabel 15 von jedem der HV-Verbinderanschlüsse 88 mit einer jeweiligen Zündkerze 14 ver bunden werden, wenn die Zündspulenanordnung 10 in einem Fahrzeug eingesetzt wird.

Anschließend werden Wicklungsabdeckungen 26 ₁, 26 ₂ und 26 ₃ auf die oberen Bereiche der Spulenanordnungen 18 _1-4, 18 _2-5 bzw. 18 _3-6 aufgesetzt.

Anschließend wird die Abschirmung 24 so auf die Außenfläche 70 der Ge häuseanordnung 22 aufgesetzt, daß sich die beiden zentralen Zapfen 96 der Abschirmung 24 durch Trennwände 80 erstrecken. Diese und weitere Zapfen werden dann verbogen, um die Abschirmung an der Gehäusean ordnung 22 zu sichern. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. An der Außenfläche 70 des Gehäuses 22 ist ein Ausrichtungsmerkmal ausgebildet, um sicherzu stellen, daß die Abschirmung 24 korrekt positioniert ist.

Schließlich wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, Epoxidvergußmaterial 32 in den Innenraum 74 der Gehäuseanordnung 22 geliefert, so daß es in Poren fließt und diese füllt, um dadurch verschiedene Anteile der Zündspulen anordnung 10 auf eine für Fachleute bekannte Art und Weise einzukap seln. Die fertiggestellte Zündspulenanordnung 10 ist in Fig. 3 gezeigt.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ermöglicht eine vorteilhafte Verwendung einer progressiv gewickelten Sekundärwicklung 36 die Verwendung eines Se kundärwicklungsspulenkörpers 34, der keine axial beabstandeten Rippen umfaßt, die Wicklungsschlitze definieren. Insbesondere ermöglicht die Verwendung der Methode mit progressiver Wicklung für die Sekundär wicklung 36 die Anordnung des Kernes 28 nahe genug an der Abschir mung 24, so daß keine Polschuhe verwendet werden müssen, um den magnetischen Kreis zu vervollständigen. Dies hat eine Zündspulenanord nung zur Folge, die weniger Komponenten aufweist, leichter ist, weniger kostet und kleiner als die herkömmlichen Zündspulenanordnungen mit separater Befestigung sind, die segmentgewickelte Sekundärwicklungen verwenden. Überdies beseitigt die Verwendung einer progressiv gewickel ten Sekundärwicklung die Fehlerzustände in Verbindung mit segmentge wickelten Sekundärwicklungen, wie im Hintergrund der Erfindung be schrieben ist.

Es sei zu verstehen, daß die obige Beschreibung lediglich beispielhaft an statt begrenzender Natur ist, wobei die Erfindung nur durch die angefüg ten Ansprüche beschränkt ist. Von Fachleuten können verschiedene Mo difikationen und Änderungen ausgeführt werden, die die Prinzipien der Erfindung verwenden und in deren Schutzumfang fallen.

Claims

1. Zündspulenanordnung (10) mit einem Kern (28), der aus magnetisch permeablem Material besteht und sich entlang einer Hauptachse ("A") erstreckt, einer Primärwicklung (30), die um den Kern (28) angeord net ist, einer Sekundärwicklung (36), die auf einem Sekundärwick lungsspulenkörper (34) angeordnet ist, der um den Kern (28) ange ordnet ist, wobei zumindest eines der ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung (36) mit einem Hochspannungsverbinderanschluß (88) elektrisch verbunden ist, der zur Verbindung mit einer entfernt angeordneten Zündkerze (14) ausgebildet ist, einem Gehäuse (22), das aus elektrisch isolierendem Material besteht, und einer magne tisch permeablen Abschirmung (24), die auswärts von dem Gehäuse (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär wicklung (36) progressiv auf den Sekundärwicklungsspulenkörper (34) gewickelt ist.

2. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die progressiv gewickelte Sekundärwicklung (36) mit einer vorbestimmten Anzahl von Lagen ausgebildet ist, wobei jede Lage der Sekundärwicklung (36) unter einem vorgewählten Winkel in einer axialen Richtung auf dem Spulenkörper (34) angeordnet ist.

3. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Hochspan nungsverbinderanschluß (88) im wesentlichen von einem Turm (78) umgeben ist, der eine Öffnung aufweist, um einen Zugang zu dem Hochspannungsverbinderanschluß (88) zu ermöglichen, wobei der Turm (78) aus elektrisch isolierendem Material besteht.

4. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (22) eine Basiswand (66) aufweist, die eine Innenfläche (68) im Be reich eines Innenraumes (74) des Gehäuses (22) und eine Außenflä che (70) aufweist, wobei das Gehäuse (22) ferner mehrere Seitenwän de (72) aufweist, die sich von der Basiswand (66) erstrecken, um da durch eine Zugangsöffnung (76) zu dem Innenraum (74) des Gehäu ses (22) zu bilden, wobei sich der Turm (78) von der Außenfläche (70) der Basiswand (66) des Gehäuses (22) erstreckt.

5. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 4, wobei die Abschir mung (24) so ausgebildet ist, daß sie mit der Form der Außenfläche (70) der Basiswand (66) übereinstimmt.

6. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Abschir mung (24) so ausgebildet ist, damit sie eine Befestigungshalterung zur Befestigung der Zündspulenanordnung (10) in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges bildet.

7. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (22) eine Basiswand (66) umfaßt, die eine Innenfläche (68) im Bereich eines Innenraumes (74) des Gehäuses (22) und eine Außenfläche (70) umfaßt, wobei das Gehäuse (22) ferner mehrere Seitenwände (72) umfaßt, die sich von der Basiswand (66) erstrecken, um dadurch eine Zugangsöffnung (76) zu dem Innenraum (74) des Gehäuses (22) zu schaffen, wobei der Turm (78) in der Öffnung (76) des Gehäuses (22) angeordnet ist.

8. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Sekundär wicklungsspulenkörper (34) radial auswärts von dem Kern (28) ange ordnet ist, die Primärwicklung (30) radial auswärts von der Sekun därwicklung (36) angeordnet ist, das Gehäuse (22) auswärts von der Primärwicklung (30) angeordnet ist und die Abschirmung (24) aus wärts von dem Gehäuse (22) angeordnet ist.

9. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das andere der ersten und zweiten Enden der Sekundärwicklung (36) elektrisch mit einem anderen Hochspannungsverbinderanschluß (78) verbunden ist, der zur Verbindung mit einer anderen entfernt angeordneten Zündkerze (14) ausgebildet ist.

10. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 9, wobei die Primärwick lung (30) radial auswärts von dem Kern (28) angeordnet ist, der Se kundärwicklungsspulenkörper (34) radial auswärts von der Primär wicklung (30) angeordnet ist, das Gehäuse (22) radial auswärts von der Sekundärwicklung (36) auf dem Spulenkörper (34) angeordnet ist und die Abschirmung (24) auswärts von dem Gehäuse (22) angeord net ist.

11. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (22) einen ersten Hohlraum (821) umfaßt, der teilweise durch einen ersten Abschnitt einer Basiswand (66) des Gehäuses (22) definiert ist, wobei der erste Abschnitt der Basiswand (66) eine erste Form auf weist, wobei der erste Hohlraum (821) derart ausgebildet ist, um eine erste Spulenanordnung (18) aufnehmen zu können, die den Kern (28), die Primärwicklung (30), den Sekundärwicklungsspulenkörper (34) und die Sekundärwicklung (36) umfaßt.

12. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 11, wobei die erste Form eine im Querschnitt U-förmige Form umfaßt.

13. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 11, wobei die erste Form eine Zylinderform umfaßt.

14. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (22) mehrere Hohlräume (821, 822, 823) umfaßt, die teilweise durch einen Abschnitt einer Basiswand (66) des Gehäuses (22) definiert sind, wobei jeder der Hohlräume (821, 822, 823) eine erste Form auf weist, die so ausgebildet ist, um eine jeweilige Spulenanordnung (18) aufnehmen zu können, wobei eine der Spulenanordnungen (18) den Kern (28), die Primärwicklung (30), den Sekundärwicklungsspulen körper (34) und die Sekundärwicklung (36) umfaßt.

15. Zündspulenanordnung (10) nach Anspruch 14, wobei das Gehäuse (22) ferner ein Trennwand (821) zwischen einem Paar von benach barten Hohlräumen (821, 822) umfaßt.