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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetkreis für eine Zündspule
oder einen Trafo sowie eine Zündspule
bzw. einen Trafo mit einem derartigen Magnetkreis.
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Zündspulen
werden beispielsweise in Fahrzeugen mit Ottomotor zur Ansteuerung
einer Zündkerze
verwendet, um ein Brennstoffgemisch in einem Brennraum des Ottomotors
zu entzünden.
Zündspulen
sind beispielsweise als Stabzündspulen
aufgebaut, bei denen um einen zentral angeordneten Stabkern aus
einem magnetisierbaren Material eine Primärspule und eine Sekundärspule angeordnet
sind. Eine speicherbare magnetische Energie für die Zündspule hängt dabei wesentlich vom Aufbau
ihres Magnetkreises ab. Ein bekannter Magnetkreis ist in den 6a und 6b dargestellt. Wie aus 6b ersichtlich, weist dieser Magnetkreis
eine sogenannte O-I-Kern-Anordnung auf. Ein innerer Kern 10 und
ein äußerer Kern 11 des
Magnetkreises ist jeweils aus einer Vielzahl von plattenartigen
Lamellen aufgebaut. Die Lamellen des äußeren Kerns 11 weisen
dabei eine im Wesentlichen O-förmige
Gestalt mit einem Ansatz 11a auf. Die Lamellen des äußeren Kerns 11 werden
dabei durch Stanzen hergestellt, wobei aus fertigungstechnischen
Gründen
eine bestimmte Mindestbreite Y aufrechterhalten werden muss. Die
Breite Y ist dabei deutlich größer als
eine Dicke Z der einzelnen Lamellen (vgl. Schnittzeichnung 6a,
welche entlang der Linie A-A von 6b geschnitten
ist).
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Aufgrund
der immer kleiner werdenden Bauformen von Trafos und Zündspulen
werden an den Magnetkreis derartiger Bauteile immer höhere Anforderungen
hinsichtlich Wirkungsgrad und Bauraum gestellt. Dabei ist im Besonderen
auf gleiche Querschnitte und Luftspaltfreiheit beim Einsatz von
Magneten zu achten. Kommen keine Magnete zum Einsatz, so ist ein
definierter Luftspalt anstelle des Magneten vorzusehen. Des Weiteren
wird aufgrund der geforderten Überdeckung
zwischen dem inneren und äußeren Kern
der Bauraum in Richtung der Höhe
(in Richtung der Dicke Z der übereinander
gestapelten Lamellen) nur ungenügend
genutzt.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Magnetkreis
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass er bei einem verbesserten Wirkungsgrad eine kleineren
Bauraum aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Orientierung
des aus Lamellen hergestellten äußeren Kerns
um 90° geändert wird.
Erfindungsgemäß umfasst
der äußere Kern
einen streifenförmiges
Element (Lamelle) mit einer bestimmten Dicke (Blechstärke) und
ist derart um den inneren Kern angeordnet, dass das streifenförmige Element
an den Stirnseiten des inneren Kerns mit seiner Dicke senkrecht zur
Längsrichtung
des inneren Kerns angeordnet ist. Hierdurch kann erfindungsgemäß eine verbesserte Überdeckung
zwischen dem inneren und dem äußeren Kern
erreicht werden und der Bauraum insbesondere in Richtung der Längsachse
des inneren Kerns reduziert werden. Dies ist erfindungsgemäß möglich, da
eine Dicke (Blechstärke)
einer Lamelle immer kleiner ist als eine beim Stanzvorgang einer
Lamelle für den äußeren Kern
möglichen
Breite Y (vgl. 6a und 6b).
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist ein zwischen einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich
des äußeren Kerns
gebildeter Spalt an einer Stirnseite des inneren Kerns angeordnet.
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Weiter
bevorzugt ist ein Permanentmagnet zwischen dem inneren Kern und
dem äußeren Kern angeordnet.
Der Permanentmagnet ist dabei vorzugsweise im Bereich des Spaltes
des äußeren Kerns
angeordnet.
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Um
eine einfache, schnelle und kostengünstige Montage des Magnetkreises
zu ermöglichen,
ist der innere Kern und der Permanentmagnet in einem inneren Bereich
des äußeren Kerns
mittels einer Klemmverbindung fixiert. Es sei angemerkt, dass eine
Verbindung zwischen innerem und äußerem Kern
bzw. Permanentmagneten auch mittels Kleben oder Schweißen oder
einem anderen thermischen Verfahren möglich ist.
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Um
einen besonders guten Wirkungsgrad aufzuweisen, ist der innere Kern
vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet. Besonders bevorzugt ist an
einem Endbereich des inneren Kerns ein in Radialrichtung nach außen gerichteter
ringförmiger
Fortsatz gebildet. Der ringförmige
Fortsatz ist gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls asymmetrisch zu
einer durch eine die Mittellinie des inneren Kerns einschließenden Ebene gebildet.
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Für eine einfache
Herstellbarkeit ist der äußere Kern
vorzugsweise aus genau einem Blechstreifen oder aus zwei Blechstreifen
hergestellt. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden,
dass die Gesamtlänge
des Magnetkreises in Axialrichtung sowie in Breitenrichtung des
inneren Kerns klein ist, so dass der Magnetkreis einen möglichst
kleinen Bauraum aufweist. Eine Breite des äußeren Kerns wird dabei derart
gewählt,
dass aus magnetischen Gesichtspunkten ein optimaler Wirkungsgrad
möglich
wird.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung eine Zündspule oder einen Trafo, umfassend
einen erfindungsgemäßen Magnetkreis.
Die erfindungsgemäßen Zündspulen
werden vorzugsweise in Fahrzeugen verwendet. Aufgrund des kleinen
Bauraums sowie ihres geringen Gewichts können sie in Fahrzeugen besonders
vorteilhaft eingesetzt werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der
Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Magnetkreises gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Draufsicht des in 1 gezeigten
Magnetkreises,
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3 eine
Draufsicht eines streifenförmigen Elements,
welches zum äußeren Kern
im ersten Ausführungsbeispiel
umgeformt wird,
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4 eine
Draufsicht eines Magnetkreises gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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5 eine
Draufsicht eines Magnetkreises gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und
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6a und 6b Ansichten
eines Magnetkreises gemäß dem Stand
der Technik.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein
Magnetkreis 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, umfasst der Magnetkreis 1 einen
inneren Kern 2 und einen äußeren Kern 3. Der äußere Kern 3 ist
aus einem ersten streifenförmigen
Element 3a und einem zweiten streifenförmigen Element 3b gebildet.
Der innere Kern 2 ist ein Stabkern und ist in Längsrichtung
X-X des Stabkerns 2 im Wesentlichen zylindrisch aufgebaut.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der innere
Kern 2 asymmetrisch aufgebaut. Hierbei ist an seiner einen
in Längsrichtung
X-X liegenden Stirnseite ein radial nach außen vorstehender Ringbereich
angeordnet, welcher seinerseits ebenfalls asymmetrisch zur Längsrichtung
X-X ist. Genauer ist in eine Radialrichtung ein kleiner radialer
Fortsatz 2a gebildet und in die entgegengesetzte Radialrichtung
ein größerer radialer
Fortsatz 2b ausgebildet. An der mit den asymmetrischen
Fortsätzen 2a, 2b liegenden
Stirnseite des inneren Kerns 2 ist ferner ein Magnetelement 5 zwischen
dem inneren Kern 2 und dem äußeren Kern 3 angeordnet.
Das Magnetelement 5 weist dabei eine Form auf, welche der
Stirnseite mit den Fortsätzen 2a, 2b des
inneren Kerns 2 entspricht. Die Breitenrichtung des Magnetkreises
ist mit C bezeichnet.
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Wie
erwähnt,
ist der äußere Kern 3 aus
einem ersten und einem zweiten streifenförmigen Element 3a und 3b hergestellt. 3 zeigt
eine Ausgangsform eines streifenförmigen Elements vor der Montage
um den inneren Kern 2. Das streifenförmige Element 3 ist
aus einem Blech ausgestanzt und weist eine Gesamtlänge L, eine
Breite B sowie eine Dicke entsprechend der Blechdicke auf. In 3 sind
die Biegelinien, um welche der äußere Kern 3 jeweils
um 90° gebogen
wird, um die in den 1 und 2 ersichtliche
Gestalt einzunehmen, mit B1, B2, B3 und B4 gekennzeichnet. Die durch
den Biegevorgang entstehenden einzelnen Flächenstücke des äußeren Kerns sind mit L1, L2,
L3, L4 und L5 bezeichnet. Eine Breite des streifenförmigen Elements
ist mit B bezeichnet.
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Der äußere Kern 3 des
ersten Ausführungsbeispiels
wird nun derart hergestellt, dass ein erstes strahlenförmiges Element 3a und
ein zweites strahlenförmiges
Element 3b übereinander
gelegt werden und die übereinandergelegten
Bleche an den Biegelinien B1, B2, B3 und B4 jeweils um 90° gemeinsam umgebogen
werden. Dadurch erhält
der äußere Kern 3 eine
im Wesentlichen rechteckige Form, wobei ein Spalt 4 zwischen
dem Anfangs- und Endbereich des äußeren Kerns
aufrecht erhalten bleibt. Eine innere Länge des äußeren Kerns in Richtung der
Längsachse
X-X des inneren Kerns 2 ist in 2 mit T
bezeichnet. Eine Länge
des inneren Kerns 2 in Längsrichtung X-X ist in 1 mit
R bezeichnet und eine Länge
des inneren Kerns mit dem Dauermagneten 5 ist in 1 in
Längsrichtung
X-X mit S gekennzeichnet. Der innere Kern 2 mit dem Dauermagneten 5 ist
nun mittels einer Klemmverbindung im inneren Bereich des äußeren Kerns 2 befestigt,
wobei die innere Länge
T des äußeren Kerns 3 etwas
kleiner ist als die Länge
S des inneren Kerns mit dem Dauermagneten 5, um die Klemmung
zu erreichen. Dadurch kann eine einfache Montage und ein einfacher
und kostengünstiger
Aufbau des Magnetkreises erreicht werden.
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In 1 ist
eine Dicke des äußeren Kerns mit
D bezeichnet. Die Dicke des äußeren Kerns
setzt sich dabei aus den jeweiligen Blechstärken der streifenförmigen Elemente
für den äußeren Kern 3 zusammen.
Die Dicke D des äußeren Kerns 3 ist
im ersten Ausführungsbeispiel
somit die doppelte Blechstärke
eines streifenförmigen
Elements. Eine Breite B des äußeren Kerns 3 entspricht
dabei der Breite der streifenförmigen
Elemente. Wie in 1 gezeigt, ist die Breite B
des äußeren Kerns 3 etwas
größer als eine
maximale Länge
des inneren Kerns 2 an seiner einen Stirnseite in Radialrichtung.
Diese Abmessungen werden derart gewählt, um möglichst einen optimalen magnetischen
Wirkungsgrad zu erreichen.
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Wie
insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, wird somit insbesondere in Längsrichtung X-X ein reduzierter
Bauraum des Magnetkreises 1 erreicht. Dadurch kann auch
der Bauraum für
eine diesen Magnetkreis umfassende Zündspule reduziert werden. Durch
die Klemmverbindung zwischen dem inneren Kern 2, dem Dauermagneten 5 und
dem äußeren Kern 3 kann
ferner ein luftspaltfreier Magnetkreis erreicht werden. Es sei angemerkt,
dass bei einer Ausführung
ohne Magnet die definierten Luftspalte über die innere Länge des äußeren Kerns
sowie die Länge
des inneren Kerns erreicht werden. Ferner sei angemerkt, dass es
auch möglich
ist, einen symmetrisch ausgebildeten inneren Kern zu verwenden.
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4 zeigt
einen Magnetkreis 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche
Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezeichnet sind.
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Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
ein Dauermagnet 5 nicht an der Position des Spaltes 4 des äußeren Kerns 3 angeordnet,
sondern am inneren Kern 2 genau entgegengesetzt zum Spalt 4.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel
dem ersten Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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5 zeigt
einen Magnetkreis 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei für
gleiche bzw. funktional gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen
wie im ersten Ausführungsbeispiel
verwendet wurden.
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Im
Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist der äußere Kern 3 des
dritten Ausführungsbeispiels
aus nur genau einem streifenförmigen
Element gebildet. Dadurch können
die Abmessungen und das Gewicht des Magnetkreises 1 des
dritten Ausführungsbeispiels
reduziert werden. Ansonsten weist der Magnetkreis des dritten Ausführungsbeispiels
den Aufbau des Magnetkreises des ersten Ausführungsbeispiels auf, so dass
auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.