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Die Erfindung betrifft ein Zündgerät. Ein Zündgerät mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus der
DE 38 26 054 A1 bekannt.
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Ein Zündgerät, das mit einer Schraube an dem Motorblock eines Ottomotors befestigt wird, und eine Zündspule mit als Magnetrückflusskreis ausgebildeten Blechen aufweist, ist aus der
US 5,954,036 bekannt.
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Mit den Zündspulen derartiger Zündgeräte kann aus der Bordnetzspannung einer Fahrzeugbatterie zur Versorgung einer Zündkerze eine Hochspannung erzeugt werden. Zündspulen arbeiten dabei nach dem Prinzip eines Transformators und haben deshalb eine Primärwicklung, die von einer Fahrzeugbatterie gespeist wird, und eine Sekundärwicklung, die an eine Zündkerze angeschlossen wird.
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Zündspulen sind wegen der großen Nähe zum Motorblock im Betrieb einer erheblichen Temperaturbelastung ausgesetzt. Umgebungstemperaturen von 140°C sind dabei nicht ungewöhnlich. Hinzukommt eine Erwärmung der Zündspulen durch die an der Spannungstransformation beteiligten Ströme und Magnetfelder. Insbesondere für Zündspulen, die eine Steuerschaltung mit temperaturempfindlichen Bauelementen enthalten, kann dies zu Problem führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie dieser Temperaturbelastung besser begegnet werden kann.
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Diese Aufgabe wir durch ein Zündgerät mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Montageanordnung für ein Zündgerät und einen Ottomotor gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Zündspule liegt an dem Rückschlussblech ein metallisches Kühlelement an, das einen Flansch zur Wärmeabgabe an einen Motorblock aufweist. Überraschender Weise kann so trotz der erheblichen Wärmeentwicklung eines Verbrennungsmotors eine Kühlung der Zündspule erreicht werden. Das metallische Kühlelement bildet nämlich eine Wärmeleitbrücke zu dem Motorblock und ermöglicht so die Abfuhr von Wärme über die Kühlmittelflüssigkeit des Motorblocks.
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Mit dem Kühlelement einer erfindungsgemäßen Zündspule kann vorteilhaft die Temperaturbelastung der einzelnen Bauteile reduziert werden. Vorteilhaft können deshalb kostengünstigere Bauteile verwendet werden oder höhere Umgebungseinsatztemperaturen akzeptiert werden.
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Bevorzugt liegt das Kühlelement an dem Rückschlussblech mit einem rohrförmigen Abschnitt an. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders großflächige und damit sehr gute Wärmeankopplung des Kühlelements an das Rückschlussblech. Der rohrförmige Abstand kann geschlitzt ausgeführt sein, um federnd an dem Rückschlussblech anzuliegen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement aus einem para- oder diamagnetischen Metall besteht. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Störung des Magnetfelds der Zündspule vermieden werden. Ein gut geeigneter Werkstoff für das Kühlelement sind beispielsweise Aluminiumlegierungen. Aluminium und Aluminiumbasislegierungen, also Legierungen, die zu über 50 Gew.-%, insbesondere zu über 70 Gew.-%, aus Aluminium bestehen, haben eine gute Wärmeleitfähigkeit und beeinflussen das Magnetfeld der Zündspule praktisch nicht.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündgeräts in einem Längsschnitt; und
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündgeräts.
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Die in 1 dargestellte Zündspule hat einen Kern 1, der von einer Sekundärwicklung 2 und einer Primärwicklung 3 umgeben ist. Die Primärwicklung 3 umgibt dabei auch die Sekundärwicklung 2 und ist selbst von einem Rückschlussblech 7 umgeben. Die Primärwicklung 3 kann auf einen Primärspulenkörper 5 und die Sekundärwicklung 2 auf einen Sekundärspulenkörper 4 aufgewickelt sein.
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In den Wicklungen 2, 3 entsteht durch elektrische Verluste Wärme, die an das Rückschlussblech 7 abgegeben und von dort mit einem Kühlelement 16 abgeleitet wird. Das Kühlelement 16 umgibt das Rückschlussblech 7 mit einem rohrförmigen Abschnitt und weist einen Flansch zur Wärmeabgabe an einen Motorblock 13 auf, der mit einem Kühlmittel 14 gekühlt wird, das durch dafür vorgesehene Kanäle des Motorblocks 13 strömt. Das Kühlelement 16 bildet im Betrieb eine Wärmebrücke zu dem Motorblock 13, der mit Kühlmittel 14 gekühlt ist. Auf diese Weise kann die im Betrieb von der Zündspule freigesetzte Wärme effizient an den Motorblock 13 abgeführt werden, so dass sich auch bei sehr hohen Umgebungstemperaturen von beispielsweise 140°C ein gefährlicher Anstieg der Temperatur der Zündspule weitgehend verhindern lässt.
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Das bevorzugt als Rohr ausgeführte Rückschlussblech 7 kann in den rohrförmigen Abschnitt des Kühlelements 16 eingepresst sein. Der rohrförmige Abschnitt des Kühlelements 16 kann beispielsweise auch einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz aufweisen, so dass der rohrförmige Abschnitt mit Federkraft flächig an dem Rückschlussblech 7 anliegt.
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Während das Rückschlussblech 7 in der Regel aus einem ferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise aus einem magnetischen Stahl, besteht, wird das Kühlelement 16 bevorzugt aus einem para- oder diamagnetischen Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Aluminium und Aluminiumlegierungen haben den Vorteil einer guten Wärmeleitfähigkeit und beeinflussen das Magnetfeld der Zündspule praktisch nicht.
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Die Zündspule enthält eine Leiterplatte 9 mit einer Steuerschaltung, die über Anschlusspins 15 mit der Primärwicklung 3 verbunden ist. Zu der Steuerschaltung gehört wenigstens ein Schalter 10, 12, bevorzugt einen Transistorschalter, über den die Primärwicklung 3 an das Bordnetz eines Fahrzeugs angeschlossen und so mit Spannung versorgt werden kann. Geeignete Transistorschalter können als Feldeffekttransistoren ausgeführt sein und werden häufig als Leistungstransistoren oder Leistungshalbleiter bezeichnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein Leistungstransistor 10 und zusätzlich ein Leadframe-Leistungstransistor 12 vorgesehen.
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Elektrische Schaltungen, insbesondere deren Komponenten wie Transistorschalter und andere Halbleiterbauelemente, sind temperaturempfindlich, so dass die Temperatur der Steuerschaltung eine kritische Temperaturschwelle nicht übersteigen darf. Durch das Kühlelement 16 weitgehend verhindert werden, dass sich die Steuerschaltung im Betrieb durch die in den Wicklungen 2, 3 freigesetzte Wärme aufheizt.
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Die auf der Leiterplatte 9 angeordnete Steuerschaltung ist in einem Gehäuse 8, bevorzugt einem Kunststoffgehäuse, angeordnet. Der die Leiterplatte 9 enthaltende Innenraum dieses Gehäuses 8 ist bevorzugt mit Vergussmasse 6 ausgefüllt. Das Gehäuse 8 kann zusätzlich auch das Kühlelement 16, insbesondere dessen rohrförmigen Abschnitt umgeben. Möglich ist es aber auch, dass das Kühlelement 16 eine Außenseite der Zündspule bildet.
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Der Flansch des Kühlelements 16 weist bevorzugt eine Buchse 11 zur Befestigung am Motorblock 13 auf. In diese Buchse 11 kann beispielsweise ein Zapfen zur Befestigung der Zündspule am Motorblock 13 eingreifen. Über die Buchse 11 und einen entsprechenden Zapfen kann eine gute Wärmeankopplung an den Motorblock 13 erzielt werden. Der Zapfen kann ein separates Teil sein, das durch die Buchse 11 hindurch in ein passendes Sackloch des Motorblocks 13 gesteckt wird. Möglich ist es aber auch, dass der Zapfen integraler Bestandteil des Motorblocks 13 ist. Um eine formschlüssige Verbindung zwischen Zündspule und Motorblock 13 zu erzielen, ist es beispielsweise auch möglich, das Kühlelement 16 mit einem Zapfen zu versehen, der in ein Sackloch des Motorblocks 13 eingreift.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zündspule, das sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass das Kühlelement 16 den oder die Transistorschalter 10, 12 der Steuerschaltung trägt. Der oder die Transistorschalter 10, 12 sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht auf der Leiterplatte 9 angeordnet, sondern auf dem Kühlelement 16 montiert. Das Kühlelement 16 kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Ausleger aufweisen, der sich in einen Innenraum des Gehäuses erstreckt, in dem die Leiterplatte 9 angeordnet ist. Prinzipiell ist es möglich, auch weitere Elemente der Steuerschaltung an dem Kühlelement 16 zu befestigen. Möglich ist es insbesondere auch, die Leiterplatte 9 auf einem geeigneten Ausleger, insbesondere einem plattenförmigen Abschnitt, des Kühlelements 16 zu befestigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kern
- 2
- Primärwicklung
- 3
- Sekundärwicklung
- 4
- Sekundärspulenkörper
- 5
- Primärspulenkörper
- 6
- Vergussmasse
- 7
- Rückschlussblech
- 8
- Gehäuse
- 9
- Leiterplatte
- 10
- Leistungstransistor
- 11
- Buchse
- 12
- Leistungstransistor
- 13
- Motorblock
- 14
- Kühlmittel
- 15
- Anschlusspins
- 16
- Kühlelement
