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Stand der Technik
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Bei modernen Benzinmotoren kommen zunehmend Einzelfunkenspulen zum Einsatz. Dabei kann jedem Zylinder eine eigene Zündspule zugeordnet sein, die von einem Steuergerät gesteuert wird. Mehrere Einzelfunkenspulen können zu einem Zündmodul in einem Gehäuse zusammengefasst werden.
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Die Einzelfunkenspulen müssen durch Leitungen im Gehäuse einzeln mit dem Komponentenstecker, der im Fahrzeug über einen Kabelbaum zum Steuergerät führt verbunden werden. Die Leitungen müssen im gemeinsamen Zündspulengehäuse ferner elektrisch isoliert werden. Beispielsweise können die Einzelfunkenspulen mittels gestanzter Stromschienen die in einem Stecker münden zum Steuergerät verbunden werden. Diese Stromschienen müssen zur Isolation im Inneren eines Gehäuses geführt werden. Die Herstellung der meisten bekannten Zündmodule mit mehreren Einzelfunkenspulen ist mit einem hohen Material und Arbeitsaufwand verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, ein Zündmodul und ein entsprechendes Herstellungsverfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, die Fertigung des Zündmoduls zu vereinfachen, Material einzusparen und bezüglich Steckerflexibilität einfache Anpassungen realisierbar zu machen, um z.B. schnell auf Kundenwünsche reagieren zu können.
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Diese Aufgabe kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Zündmodul mit aufgespritzten Leiterbahnen vorgestellt. Das Zündmodul weist eine erste Einzelfunkenspule, einen Steckeranschluss und üblicherweise ein Modulgehäuse auf. Dabei weist das Modulgehäuse einen Kunststoff auf bzw. besteht aus einem Kunststoff und kann z.B. mit einem Gehäusefüllmaterial wie z.B. Gießharz gefüllt sein. Die erste Einzelfunkenspule, auch als Zündspule bezeichnet, ist in das Modulgehäuse integriert. Die erste Einzelfunkenspule und der Steckeranschluss sind mittels einer auf dem Modulgehäuse aufgespritzten elektrisch leitfähigen Leiterbahn verbunden. Das Modulgehäuse mit und ohne Gehäusefüllmaterial kann auch als Grundkörper des Zündmoduls bezeichnet werden. Die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen werden dabei vorzugsweise auf eine Innenwand des Modulgehäuses aufgespritzt bevor das Modulgehäuse mit dem Gehäusefüllmaterial befüllt wird.
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Die auf diese Weise aufgespritzten Leiterbahnen sind zum Beispiel von dem Gehäusefüllmaterial, wie zum Beispiel einem Gießharz, isolierend umgeben und müssen nicht gesondert isoliert werden. Hierdurch kann die Fertigung des Zündspulenmoduls vereinfacht werden und dadurch Kosten eingespart werden. Ferner können Materialien eingespart werden. Der Steckeranschluss kann hierdurch ebenfalls verkleinert werden bzw. können Bauteile des Steckeranschlusses entfallen. Ein weiterer Vorteil der Verbindung von einzelnen Funkenspulen mittels aufgespritzter Leiterbahnen liegt in der Flexibilität bezüglich der Steckerbelegung. Im Gegensatz dazu müssen für eine Änderung der aus dem Stand der Technik bekannten gestanzten Stromschienen beispielsweise aufwändig Stanz-Biegewerkzeuge geändert werden.
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Das Zündmodul kann für die Verwendung mit einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ausgeführt sein. Das Zündmodul weist mindestens eine erste Einzelfunkenspule, auch als Zündspule bezeichnet auf. Ferner kann das Zündmodul eine zweite, eine dritte und eine vierte Einzelfunkenspule aufweisen. Die Einzelfunkenspulen können unabhängig voneinander durch eine Steuereinheit, auch als Kontrolleinheit bezeichnet, angesteuert werden.
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Das Zündmodul weist ferner einen Grundkörper auf. Dieser kann zum Beispiel als ein Gehäuse ausgeführt sein. Der Grundkörper kann ferner als Hohl- oder als Vollkörper ausgeführt sein. Er weist einen Kunststoff auf oder besteht komplett aus Kunststoff. Die erste Einzelfunkenspule bzw. mehrere Einzelfunkenspulen sind im Grundkörper integriert. D.h. die Einzelfunkenspulen sind in den Grundkörper eingebaut bzw. von diesem umgeben.
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Bei der Verwendung des Zündmoduls mit einem Verbrennungsmotor mit vier Zylindern kann das Zündmodul vier Einzelfunkenspulen aufweisen, die räumlich und funktional jeweils einem Zylinder zugeordnet sind und unabhängig voneinander angesteuert werden können.
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Der Steckeranschluss, der zum Beispiel in einem Endbereich des Zündmoduls angeordnet ist, kann eine Verbindung zu einem mit einer Steuereinheit verbundenen Kabelbaum herstellen und die Signale an die jeweilige Einzelfunkenspule übermitteln. Zu diesem Zweck ist der Steckeranschluss elektrisch mit den Einzelfunkenspulen verbunden.
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Die elektrische Verbindung zwischen dem Steckeranschluss und den Einzelfunkenspulen wird durch eine aufgespritzte elektrisch leitfähige Leiterbahn hergestellt. Die Leiterbahn kann dabei zum Beispiel mittels eines Plasmaspritzverfahrens auf den Grundkörper aufgebracht werden. Ein entsprechendes Verfahren ist zum Beispiel aus
DE 10 2006 061 435 A1 bekannt. Das Verfahren kann beispielsweise ein chemie- und maskenfreies Verfahren sein, mit dem Materialien, wie Metalle, in strukturierten Schichten auf ein isolierendes Trägermaterial aufgebracht werden können.
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Die elektrisch leitfähige Leiterbahn kann zum Beispiel ein metallisches Material, wie zum Beispiel Kupfer oder Zinn aufweisen. Ferner kann die elektrisch leitfähige Leiterbahn nichtmetallische leitfähige Materialien aufweisen. Das Zündmodul kann des Weiteren mehrere elektrisch leitfähige aufgespritzte Leiterbahnen aufweisen.
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Durch das Aufspritzen der elektrisch leitfähigen Leiterbahn wird die Herstellung des Zündmoduls einerseits beschleunigt und andererseits vereinfacht. Beispielsweise kann der Herstellungsschritt von gestanzten Stromschienen entfallen. Ferner ist ein zusätzliches Aufbringen von Isoliermaterial für die Leiterbahn entbehrlich, da der Kunststoff des Grundkörpers ausreichend Isolation bietet. Stromschienen können bei der Montage der Wicklungen ferner verbogen werden, was bei einer Berührung zum Kurzschluss in der Zündspule führen kann. Bei aufgespritzten elektrisch leitenden Schichten bzw. Leiterbahnen ist ein Verbiegen, das zum Kurzschluss führt, sogar bei einer fehlerhaften Montage nicht möglich. Die auf die Gehäuseinnenwand aufgebrachten leitfähigen Strukturen beanspruchen nur wenig Platz. Somit kann die Zündspule kompakter gebaut und auch bei schwierigen Platzverhältnissen im Motor untergebracht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrisch leitfähige Leiterbahn direkt auf eine Kontaktierung der Einzelfunkenspule aufgespritzt. Direkt kann dabei unmittelbar bedeuten. Die Leiterbahn ist dabei derart aufgespitzt, dass sie mit der Kontaktierung unmittelbar in Kontakt steht oder gegebenenfalls eine stoffschlüssige Verbindung mit der Kontaktierung eingeht. Die Kontaktierung der Einzelfunkenspule kann dabei zum Beispiel ein Endbereich eines Primärwicklungsdrahts oder ein leitfähiger Anbindezapfen sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrisch leitfähige Leiterbahn direkt bzw. unmittelbar auf den Steckeranschluss aufgespritzt. Der Steckeranschluss weist dabei eine leitfähige Kontaktstelle auf, die mit der Leiterbahn verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrisch leitfähig Leiterbahn mittels eines Plasmaspritzverfahrens aufgespritzt.
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Das Plasmaspritzverfahren kann ein chemie- und maskenfreies Verfahren wie zum Beispiel in
DE 10 2006 061 435 A1 dargestellt sein. Mittels des Plasmaspritzverfahrens können zum Beispiel metallische Materialien durch Erzeugen eines Plasmastrahls auf Trägermaterialien bzw. Substrate aufgebracht werden. Das Trägermaterial ist hier zum Beispiel der Grundkörper und insbesondere der Kunststoff des Grundkörpers. Das Verfahren ist dabei ein chemie- und maskenfreies Verfahren, mit dem die leitenden Materialien, wie Metalle, in strukturierten Schichten auf das Trägermaterial aufgebracht werden können.
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Das elektrisch leitfähige Material der Leiterbahn kann vor dem Aufspritzen zunächst beispielsweise in Form eines Metallpulvers vorliegen, welches mit Hilfe des Plasmastrahls auf die Oberfläche des Grundkörpers hin beschleunigt wird.
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Durch das Aufbringen der Leiterbahn mit Hilfe eines Plasmaspritzverfahrens wird die Oberfläche des Grundkörpers nicht beschädigt und bleibt intakt. Der dabei entstehende minimale Wärmeeintrag der Plasmaflamme ist so gering, dass der Kunststoffgrundkörper nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Ferner kann das Plasmaspritzverfahren 3D-fähig sein. D.h. die Beweglichkeit der Plasmaspritzvorrichtung wie zum Beispiel einer Plasmaspritzpistole ist in drei Dimensionen möglich. Dies kann dazu beitragen, feine Strukturen der Leiterbahn auch an schwer zugänglichen Stellen des Grundkörpers aufzutragen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein elektrischer Kontakt zwischen der Einzelfunkenspule und der elektrisch leitfähigen Leiterbahn und/oder ein elektrischer Kontakt zwischen dem Steckeranschluss und der elektrisch leitfähigen Leiterbahn durch Löten, Bonden, Schweißen, kalte Kontaktierung, wie z.B. Schneidklemmung oder Druckkontaktierung hergestellt werden. Von den elektrisch Leitfähigen aufgespritzten Leiterbahnen kann dabei auf die jeweiligen Kontaktpartner wie Primärwicklungen oder Komponentenstecker kontaktiert werden.
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Hierbei kann die elektrisch leitfähige Leiterbahn z.B. bis auf wenige Millimeter an einen Kontakt einer Primärwicklung und herangeführt werden. Der tatsächliche elektrische Kontakt kann mittels der dargestellten herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein elektrischer Kontakt, wie oben beschrieben, durch direktes Aufspritzen der Leiterbahn auf den Kontakt der Primärwicklung hergestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des oben dargestellten Zündmoduls beschrieben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer Einzelfunkenspule; Bereitstellen eines Grundkörpers; Integrieren der ersten Einzelfunkenspule in den Grundkörper; und Aufspritzen einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn auf den Grundkörper; dabei werden die erste Einzelfunkenspule und der Steckeranschluss mittels der elektrisch leitfähigen Leiterbahn durch Überspritzen miteinander verbunden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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1 zeigt ein Zündmodul mit mehreren Einzelfunkenspulen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels einer aufgespritzten elektrisch leitfähigen Leiterbahn mit einem Steckeranschluss verbunden sind
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2 zeigt eine Draufsicht auf das in 1 gezeigte Zündmodul
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Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
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In den 1 und 2 sind Zündmodule 21 dargestellt, die eine elektrisch leitfähige Leiterbahn 1 zum Verbinden von Einzelfunkenspulen 27, 29, 31, 33 mit einem Steckeranschluss 25 aufweisen. Die Einzelfunkenspulen 27, 29, 31 und 33 weisen dabei Primärwicklungsdrähte 37 und Sekundärwicklungsdrähte 39 auf. Die Leiterbahn 1 kann dabei zum Beispiel mittels des oben beschriebenen Plasmaspritzverfahrens auf das Zündmodul 21 bzw. auf den Grundkörper 23 des Zündmoduls 21 aufgespritzt werden. Dabei verbindet die Leiterbahn 21 die Primärwicklungsdrähte 37 mit dem Steckeranschluss 25. Die Leiterbahn 21 kann dabei zum Beispiel elektrisch leitfähige metallische oder nichtmetallische Materialien aufweisen.
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Das Zündmodul 21 kann beispielsweise in modernen Benzinmotoren zum Einsatz kommen. In den 1A, 1B und 2 weist das Zündmodul 21 vier Einzelfunkenspulen 27, 29, 31 und 33 auf. Ferner weist das Zündmodul 21 einen Grundkörper 23 auf, der zum Beispiel aus Kunststoff, beispielsweise aus Gießharz, besteht. Der Grundkörper 23 verbindet die Einzelfunkenspulen 27, 29, 31 und 33 zu einem Modul. Ferner weist das Zündmodul 21 einen Steckeranschluss 25 auf, über den eine Ansteuerung der Einzelfunkenspulen 27, 29, 31, 33 stattfinden kann. Der Steckeranschluss 25 kann mit einem Steuergerät, welches in den Figuren nicht dargestellt ist, in Verbindung stehen. 1A zeigt dabei eine perspektivische Seitenansicht und 1B eine Seitenansicht eines Zündmoduls 21.
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Bei bekannten Anwendungen wurden die Einzelfunkenspulen 27, 29, 31, 33 mittels gestanzter Stromschienen oder mittels Kupferdrähten mit einem Stecker verbunden. Dabei wurden die Stromschienen im Inneren des Kunststoffkörpers geführt, mechanisch fixiert und ggf. die Zündendstufen an der Zündspule oder im Steuergerät untergebracht.
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Durch das erfindungsgemäße Aufspritzen der elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 1 vom Steckeranschluss 25 bis zur Zündendstufe bzw. Zündspule 27, 29, 31, 33 kann die Fertigung vereinfacht werden und Kosten eingespart werden. Ferner können dadurch, dass die elektrisch leitfähige Leiterbahn 1 direkt auf den isolierenden Grundkörper 23, beispielsweise aus Kunststoff oder Gießharz, aufgespritzt ist, Isolier- und Fixierungsmaterialien (z. B. Vorumspritzung der Stromschienen) eingespart werden. Eine gesonderte Isolierung wird also entbehrlich. Des Weiteren kann ein Teil der Steckerbaugruppe entfallen bzw. diese verkleinert werden. Ferner wird eine flexibel anpassbare Steckerbelegung möglich.
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Die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 1 können mittels des oben beschriebenen Verfahrens zum Beispiel im Inneren des Zündspulengehäuses 23 aufgebracht werden. Dabei kann die Leiterbahn 1 zur Kontaktierung direkt auf die Steckeranschlüsse 25 und auf die Kontaktierung der Zündspulen, beispielsweise direkt an den Primärwicklungsdraht 37, aufgespritzt werden.
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In 2 ist eine Draufsicht bzw. ein Querschnitt einer Draufsicht entlang der Längsachse des Zündmoduls 21 dargestellt. Die erste Einzelfunkenspule 27, die zweite Einzelfunkenspule 29, die dritte Einzelfunkenspule 31 und die vierte Einzelfunkenspule 33 sind in den Grundkörper 23 isolierend integriert. Die Primärwicklungsdrähte 37 der Einzelfunkenspulen 27, 29, 31 und 33 sind mittels einer aufgebrachten leitfähigen Struktur, nämlich der elektrisch leitfähigen Leiterbahn 1, mit einem Steckeranschluss 25 verbunden.
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Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend“ oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006061435 A1 [0012, 0018]
