DE102006044436A1

DE102006044436A1 - Vorrichtung zur Energiespeicherung und Energietransformierung

Info

Publication number: DE102006044436A1
Application number: DE102006044436A
Authority: DE
Inventors: Werner Steinberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: DE102006044436C5; DE102006044436B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiespeicherung und Energietransformierung, insbesondere eine Zündspule einer Zündanlage eines Fahrzeugs, umfassend einen magnetisch wirksamen I-Kern (3), einen ersten Spulenkörper (5), welcher eine mit einer Versorgungsspannung verbundene erste Wicklung (6) aufnimmt, einen zweiten Spulenkörper (7), welcher eine mit einer Hochspannungsanschluss verbundene zweite Wicklung (8) aufweist, einen Umfangskern (2) mit einem geschlossenen Querschnitt, welcher den I-Kern (3), die erste Wicklung (6) und die zweite Wicklung (8) umschließt, und einen Permanentmagneten (9), welcher an einem Ende (3b) des I-Kerns (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangskern (2) mehrteilig aus einem ersten Teil (2a) und einem zweiten Teil (2b) gebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiespeicherung und Energietransformierung, insbesondere eine Zündspule einer Zündanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Vorrichtungen zur Energiespeicherung und Energietransformierung sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und werden insbesondere als Zündspulen eingesetzt, welche eine energieübertragende Hochspannungsquelle darstellen und in nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen zur Ansteuerung einer Zündkerze dienen. Bei einer derartigen Zündspule wird elektrische Energie mit einer vergleichsweise niedrigen Versorgungsspannung in der Regel aus einem Gleichspannungsbordnetz in magnetische Energie umgewandelt, welche zu einem gewünschten Zeitpunkt, zu dem ein Zündimpuls an die Zündkerze abgegeben werden soll, in elektrische Energie mit Hochspannung umgewandelt wird.
Zur Umwandlung von elektrischer Energie in magnetische Energie fließt der Bordnetzstrom des Kraftfahrzeugs durch eine erste Spule, welche üblicherweise eine Wicklung aus Kupferdraht darstellt. Dadurch entsteht um diese Spule herum ein Magnetfeld, welches eine bestimmte Richtung aufweist und in sich geschlossen ist. Zur Abgabe der gespeicherten elektrischen Energie in Form von Hochspannungsimpulsen wird das zuvor aufgebaute Magnetfeld durch Abschalten des elektrischen Stroms zu einer Richtungsänderung gezwungen, wodurch in einer zweiten Spule, welche sich räumlich nahe an der ersten Spule befindet, und welche eine sehr viel höhere Windungszahl aufweist, eine elektrische Hochspannung entsteht. Durch die Umsetzung der nun elektrischen Energie an der Zündkerze bricht das zuvor aufgebaute Magnetfeld zusammen und die Zündspule entlädt sich. Durch die Auslegung der zweiten Wicklung lassen sich Hochspannung, Funkenstrom und Funkendauer bei der Zündung der Brennkraftmaschine nach Bedarf festlegen.
Aus der DE 103 08 007 A1 ist ferner eine Zündspule bekannt, welche einen magnetisch wirksamen I-Kern aufweist, der von einem ersten Spulenkörper mit einer mit der Versorgungsspannung verbundenen Wicklung und einem zweiten Spulenkörper, der eine mit einem Hochspannungsanschluss verbundene Wicklung aufweist, umgeben ist. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Umfangskern, welcher die beiden Spulenkörper umschließt und mit dem I-Kern einen magnetischen Kreis bildet. Darüber hinaus ist am Ende des I-förmigen Kerns ein Permanentmagnet angeordnet. Allerdings treten bei dieser bekannten Zündspule insbesondere unerwünschte Montagespalte auf. Hierzu schlägt die DE 103 08 077 A1 vor, den I-Kern und den Umfangskern miteinander leitend zu verbinden. Hierdurch wird jedoch das Potential des Umfangskerns aufgrund der kapazitiven Kopplung mit dem ersten Spulenkörper reduziert.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energiespeicherung und Energietransformierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie einen integrierten Toleranzausgleich für die einzelnen Bauteile aufweist. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Toleranzen betreffen der Dicke eines Permanentmagneten und der Länge eines I-Kerns sowie per Abmessungen eines Umfangskerns ausgleichen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Umfangskern mehrteilig aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil gebildet ist. Der Umfangskern weist dabei einen geteilten, jedoch geschlossenen Querschnitt mit im Wesentlichen einer O-Form auf. Die beiden Teile sind vorzugsweise symmetrisch gebildet und können relativ gegeneinander verschoben werden. Dadurch können die eventuell auftretenden Maßabweichungen der Bauteile ausgeglichen werden. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden, da im Vergleich mit einem Umfangskern im Stand der Technik beim Aufbau des Umfangskerns aus Lamellen beim Stanzvorgang des ersten und zweiten Teils nur ein geringer Abfall im Stanzblech übrig bleibt. Ferner können die Toleranzanforderungen an die Bauteile reduziert werden. D.h., die Bauteile können mit größeren Toleranzen gefertigt werden, wodurch die Herstellung billiger wird und gegebenenfalls eine Qualitätskontrolle reduziert werden kann bzw. weniger Ausschussteile erzeugt werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau ergibt sich, wenn der erste und der zweite Teil des Umfangskerns jeweils im Wesentlichen L-förmig ausgebildet sind. Die Schenkellängen entsprechen dabei den gewünschten Abmessungen des Umfangskerns.
Weiter bevorzugt sind der erste Teil und der zweite Teil des Umfangskerns derart ausgebildet, dass sie relativ gegeneinander in Längsrichtung des I-Kerns bewegbar sind. Hierdurch können besonders einfach Längenunterschiede des I-Kerns bzw. vorhandene Toleranzen eines Permanentmagneten, der am Fuße des I-Kerns angeordnet ist, ausgeglichen werden.
Vorzugsweise ist der Umfangskern aus einer Vielzahl von Blechlamellen gebildet. Die Blechlamellen sind vorzugsweise aus Weicheisen hergestellt.
Weiter bevorzugt umfasst der Umfangskern genau zwei Teile und ein erster Kontaktbereich zwischen dem ersten Teil des Umfangskerns und dem zweiten Teil des Umfangskerns ist in einer ersten Ebene angeordnet und ein zweiter Kontaktbereich zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Umfangskerns ist in einer zweiten Ebene angeordnet. Ferner sind die erste und zweite Ebene zueinander parallel angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau. Weiter bevorzugt sind die beiden Ebenen der Kontaktbereiche zwischen dem ersten und zweiten Teil des Umfangskerns zu einer Mittellinie in Längsrichtung des I-Kerns parallel.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
1 eine Schnittansicht durch eine Zündspule gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht der in 1 gezeigten Zündspule,
3 eine schematische Seitenansicht ähnlich zur 2 einer Zündspule, welche ein Übermaß ausgleicht,
4 eine schematische Seitenansicht ähnlich zur 2 einer Zündspule, welche ein Untermaß ausgleicht,
5 ein Grundblech, welches ein Ausstanzen der L-förmigen Teile des Umfangskerns zeigt, und
6 ein Grundblech, welches das Ausstanzen des I-Kerns zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 eine Zündspule 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die in 1 gezeigte Zündspule 1 ist eine Kompakt-Zündspule, umfassend einen Umfangskern 2 sowie einen I-Kern 3. Der Umfangskern 2 umschließt den I-Kern 3 und ist aus einem ersten Teil 2a und einem zweiten Teil 2b hergestellt. Die beiden ersten und zweiten Teile 2a, 2b sind im Wesentlichen L-förmig. Der Umfangskern sowie der I-Kern sind beispielsweise aus geschichteten Blechen hergestellt. Der Umfangskern 2 ist ferner von einem Gehäuse 4 umgeben. Der Umfangskern weist somit einen geteilten, jedoch geschlossenen Querschnitt auf (vgl. 1).
Um den I-Kern 3 ist ein erster Spulenkörper 5 mit einer ersten Wicklung 6 angeordnet, welche mit einem Bordnetzstrom eines Fahrzeugs versorgt wird. Ein zweiter Spulenkörper 7 ist benachbart zum ersten Spulenkörper 5 angeordnet und umfasst eine zweite Wicklung 8. Die Windungszahl der zweiten Wicklung 8 ist dabei sehr viel höher als die der ersten Wicklung 6. Der zweite Spulenkörper 7 umgibt dabei den ersten Spulenkörper 5.
Der I-Kern 3 weist ein erstes Ende 3a und ein zweites Ende 3b auf. Das zweite Ende 3b weist, wie in 1 gezeigt, eine größere Breite als das erste Ende 3a auf. Ferner ist am zweiten Ende 3b ein Permanentmagnet 9 angeordnet. Der Permanentmagnet 9 dient zur weiteren Erhöhung der magnetischen Energie.
Die 2 bis 4 machen die erfindungsgemäße Ausgleichsmöglichkeit unterschiedlicher herstellungsbedingter Toleranzen der einzelnen Bauteile deutlich. 2 zeigt eine Zündspule, bei der der I-Kern 3 und der Permanentmagnet 9 keine Toleranzabweichung aufweisen. Wie in 2 gezeigt, ist eine Länge in Längsrichtung X-X des I-Kerns 3 und des Permanentmagneten 9 mit S bezeichnet. Hierbei muss kein Toleranzausgleich durch die beiden Teile 2a, 2b des Umfangskerns 2 erfolgen. 3 zeigt eine Ansicht, bei der die Länge des I-Kerns 3 und des Permanentmagneten 9 in Längsrichtung X-X ein Übermaß S + x aufweisen.
Dieses Übermaß kann beispielsweise durch eine erhöhte Dicke des Permanentmagneten 9 oder eine größere Länge des I-Kerns 3 auftreten. Dieses Übermaß wird, wie in 3 gezeigt, durch eine Relativverschiebung zwischen dem ersten Teil 2a und dem zweiten Teil 2b des Umfangskerns 2 ausgeglichen. Die Relativverschiebung erfolgt dabei parallel zur Längsrichtung X-X des I-Kerns. Der erste Teil 2a wird dabei zum zweiten Teil 2b um den Betrag x parallel zur Längsrichtung X-X verschoben. In 3 ist das Übermaß x jeweils an der Außenseite des ersten Kontaktbereichs K1 bzw. der Außenseite des zweiten Kontaktbereichs K2 erkennbar. Dadurch kann das vorhandene Übermaß durch den zweiteiligen Umfangskern 2 durch eine Relativverschiebung der beiden Teile 2a, 2b ausgeglichen werden.
4 zeigt eine Darstellung, bei welcher ein Untermaß S – x vorhanden ist. Dies resultiert beispielsweise durch einen zu kurzen I-Kern oder eine zu geringe Dicke des Permanentmagneten 9. In 4 ist das Untermaß x an der Außenseite des ersten Kontaktbereichs K1 bzw. der Außenseite des zweiten Kontaktbereichs K2 erkennbar. Das Untermaß wird ebenfalls durch eine Relativverschiebung des ersten Teils 2a zum zweiten Teil 2b des Umfangskerns 2 erreicht.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Umfangskern 2 genau zwei Teile, nämlich den ersten Teil 2a und den zweiten Teil 2b, auf. Zwischen dem ersten Teil 2a und dem zweiten Teil 2b ist ein erster Kontaktbereich K1 und ein zweiter Kontaktbereich K2 gebildet. Die Kontaktbereiche sind im Schnitt linienförmig. Der erste Kontaktbereich K1 liegt dabei in einer ersten Ebene E1 und der zweite Kontaktbereich K2 liegt in einer zweiten Ebene E2. Die beiden Ebenen E1 und E2 sind dabei parallel zueinander und ferner auch parallel zu einer Mittelachse X-X des I-Kerns 3. Somit kann im montierten Zustand eine Änderung einer Relativposition durch Verschieben des ersten Teils 2a relativ zum zweiten Teil 2b in den Ebenen E1 bzw. E2 erfolgen.
5 zeigt die Herstellung des ersten bzw. zweiten Teils 2a, 2b des Umfangskerns 2. Die beiden Teile 2a, 2b sind in diesem Ausführungsbeispiel identisch aufgebaut, und können beispielsweise aus einem Blechstreifen 10 ausgestanzt werden. Wie in 5 gezeigt, bleibt hierbei im Vergleich zu einem Ausstanzen eines geschlossenen Umfangskerns, welcher im Wesentlichen eine O-Form aufweist, nur ein geringer Stanzabfall übrig. Dadurch kann der erfindungsgemäße Umfangskern 2 sehr kostengünstig hergestellt werden. 6 zeigt schematisch die Herstellung des I-Kerns 3. Wie au 6 ersichtlich ist, wird der I-Kern 3 ebenfalls aus einem Blechmaterial 11 ausgestanzt, wobei zur verbesserten Ausnutzung des Blechmaterials 11 zueinander benachbarte I-Kerne umgekehrt ausgestanzt werden. Hierdurch kann über die gesamte Länge des Blechmaterials eine höhere Stanzausbeute erreicht werden und der Stanzabfall reduziert werden.

Claims

Vorrichtung zur Energiespeicherung und Energietransformierung, insbesondere eine Zündspule einer Zündanlage eines Fahrzeugs, umfassend einen magnetisch wirksamen I-Kern (3), einen ersten Spulenkörper (5), welcher eine mit einer Versorgungsspannung verbundene erste Wicklung (6) aufnimmt, einen zweiten Spulenkörper (7), welcher eine mit einer Hochspannungsanschluss verbundene zweite Wicklung (8) aufweist, einen Umfangskern (2) mit einem geschlossenen Querschnitt, welcher den I-Kern (3), die erste Wicklung (6) und die zweite Wicklung (8) umschließt, und einen Permanentmagneten (9), welcher an einem Ende (3b) des I-Kerns (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangskern (2) mehrteilig aus einem ersten Teil (2a) und einem zweiten Teil (2b) gebildet ist, welche zusammen den geschlossenen Querschnitt bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Teil (2a), (2b) des Umfangskerns (2) jeweils im Wesentlichen L-förmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (2a) des Umfangskerns (2) relativ gegenüber dem zweiten Teil (2b) des Umfangskerns (2) in Längsrichtung (Y-Y) des I-Kerns (3) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangskern (2) aus einer Vielzahl von Blechlamellen, insbesondere aus Weicheisen, gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kontaktbereich (K1) zwischen dem ersten Teil (2a) des Umfangskerns (2) und dem zweiten Teil (2b) des Umfangskerns (2) in einer ersten Ebene (E1) liegt und ein zweiter Kontaktbereich (K2) zwischen dem ersten Teil (2a) des Umfangskerns (2) und dem zweiten Teil (2b) des Umfangskerns (2) in einer zweiten Ebene (E2) liegt, und dass die erste Ebene (E1) parallel zur zweiten Ebene (E2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ebene (E1) und die zweite Ebene (E2) parallel zur Mittelachse in Längsrichtung (Y-Y) des I-Kerns (3) sind.