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Die Erfindung betrifft eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine.
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Die Druckschrift
DE 44 11 189 A1 löst die Aufgabe, dass eine Verdrahtung zwischen Spule und einer Schalteranordnung nicht mehr notwendig ist. Dadurch wird die Zündspule zuverlässiger, kompakter und preiswerter.
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Die Druckschrift
DE 697 33 626 T2 löst die Aufgabe, einen elektrischen Kurzschluss zwischen Hochspannungsabschnitten oder Bauteilen und Niederspannungsabschnitten oder Bauteilen zu verhindern.
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Die Druckschrift
DE 697 02 036 T2 beschäftigt sich mit der Gewährleistung der Spannungsfestigkeit und der Verhinderung des Auftretens einer Trennung an der Grenzfläche des Isolierharzes, die durch den Temperaturzyklus der Zündspule bedingt ist. Die Primärspule wird ohne Spulenkörper ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Trennung an der zwischen dem Spulenkörper für die Primärspule und dem Isolierharz befindlichen Grenzfläche erfolgt. Ferner wird die Spannungsfestigkeit erhöht, da die Lücke zwischen Primärspule und Sekundärspule mit einem einzigen Isolierharz verfüllt ist. Die Druckschrift beschäftigt sich somit mit den Folgen der zyklischen Temperaturunterschiede bei der An- und Abschaltung der Leistungselektronik.
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Im Zusammenhang mit den zyklischen Temperaturunterschieden wurde erkannt, dass die Zündspule thermodynamischem Stress unterliegt. Durch den thermodynamischen Stress kommt es zu thermomechanischer Belastung der in der Zündspule miteinander verbundenen Bauteile.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den thermodynamischen Stress und damit die thermomechanische Belastung exponierter Bauteile der Zündspule zu vermeiden.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Zündspulengehäuse und einen an dem Zündspulengehäuse angeordneten Primärstecker, sowie einen in dem Zündspulengehäuse angeordneten Zündtransformator und eine Zündelektronik.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Zündtransformator innerhalb des Zündspulengehäuses in einem Verguss angeordnet ist, der aus einem ersten Vertreter einer Gruppe von Duroplastkunststoffen ausgebildet ist, während zumindest die Zündelektronik innerhalb des Zündspulengehäuses in einer Umspritzung angeordnet ist, die aus einem zweiten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen ausgebildet ist.
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Diese Lösung ist in allen Ausführungsformen realisierbar, deren Vorteile nachfolgend noch näher erläutert werden.
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Die möglichen Ausführungsformen unterscheiden sich wie folgt:
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Erste Ausführungsform [Fig. 2]:
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist auch das Zündspulengehäuse aus einem zweiten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen ausgebildet. Es ist in der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass neben der Zündelektronik auch das Zündspulengehäuse und das Primärsteckergehäuse des Primärsteckers aus einem zweiten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen ausgebildet sind, wobei die Zündelektronik und der elektrische Teil des Primärsteckers in der Umspritzung angeordnet sind, die ihrerseits gleichzeitig einen Teil des Zündspulengehäuses und das Primärsteckergehäuse bildet.
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Gemäß der ersten Ausführungsform wird folgendes Verfahren zur Herstellung durchgeführt.
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In einem ersten Schritt a) wird das Zündspulengehäuse unter Ausbildung einer Kavität mit einem zweiten Vertreter einer Gruppe von Duroplastkunststoffen gespritzt und eine Zündelektronik und ein elektrischer Teil eines Primärsteckers werden unter Ausbildung eines Primärsteckergehäuses mit dem zweiten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen umspritzt. In einem zweiten Schritt b) wird in die Kavität ein Zündtransformator eingebracht, der schließlich mit einem ersten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen vergossen wird.
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Der Vorteil der ersten Ausführungsform besteht insbesondere darin, dass das Zündspulengehäuse und der elektrische Teil des Primärsteckers sowie die Zündelektronik in einem einzigen Verfahrensschritt gespritzt beziehungsweise umspritzt werden. Durch die Verwendung des ersten Vertreters der Gruppe von Duroplastkunststoffen und die thermomechanische und chemische Abstimmung des ersten Vertreters der Gruppe von Duroplastkunststoffen auf die thermomechanischen Vorgänge in der Zündspule während des Betriebes der Zündspule und auf die chemischen Vorgänge zwischen dem Verguss des Zündtransformators und dem Zündspulengehäuse, wird die Zündspule weitestgehend von dem thermodynamischen Stress befreit.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Zündspulengehäuse in einer zweiten und dritten Ausführungsform aus einem ersten Vertreter einer Gruppe von Thermoplastkunststoffen ausgebildet.
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Zweite Ausführungsform [Fig. 3, Fig. 3A]
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere in der zweiten Ausführungsform, ist neben der Zündelektronik auch der elektrische Teil des Primärsteckers in der Umspritzung angeordnet, wobei die Umspritzung aus dem zweiten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen gleichzeitig die Umspritzung für die Zündelektronik und das Primärsteckergehäuse bildet.
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Das Verfahren zur Herstellung einer Zündspule nach der zweiten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten vorgelagerten Teilschritt a1) eines ersten Schrittes a) das Zündspulengehäuse aus einem Thermoplastkunststoff hergestellt wird. In einem zweiten vorgelagerten Teilschritt a2) des ersten Schrittes a) werden eine Zündelektronik und ein elektrischer Teil eines Primärsteckers unter Ausbildung eines Primärsteckergehäuses in einem mit einem zweiten Vertreter einer Gruppe von Duroplastkunststoffen umspritzt. Danach wird in einem zweiten Schritt b) die Einheit aus Zündelektronik und Primärstecker in eine Kavität des Zündspulengehäuses eingebracht. In einem dritten Schritt c) wird in die verbleibende Kavität ein Zündtransformator eingebracht, der schließlich mit einem ersten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen vergossen wird.
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Insbesondere die Zündelektronik, die einerseits mit dem Zündtransformator und andererseits mit dem Primärstecker kontaktiert, unterliegt beim Betrieb der Zündspule einem hohen thermomechanischen Stress. Dadurch, dass die Zündelektronik und der Primärstecker beziehungsweise der elektrische Teil des Primärsteckers mit einem zweiten Vertreter einer Gruppe von Duroplastkunststoffen umspritzt werden, ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Kontaktstellen während des Betriebes der Zündspule, das heißt trotz des thermomechanischen Stresses, lagestabil innerhalb der Umspritzung angeordnet sind und während der Betriebsdauer der Zündspule angeordnet bleiben.
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Dritte Ausführungsform [Fig. 4, Fig. 4A]
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere in der dritten Ausführungsform, ist nicht nur das Zündspulengehäuse, sondern auch das Primärsteckergehäuse des Primärsteckers aus dem ersten Vertreter der Gruppe von Thermoplastkunststoffen ausgebildet, während der Zündtransformator und die Zündelektronik mit verschiedenen Vertretern aus der Gruppe der Duroplastkunststoffe vergossen beziehungsweise umspritzt sind.
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Das Verfahren zur Herstellung der Zündspule in der dritten Ausführungsform wird mit folgenden Schritten durchgeführt:
In einem ersten vorgelagerten Teilschritt a1) eines ersten Schrittes a) wird ein Zündspulengehäuse aus einem Thermoplastkunststoff hergestellt. In einem zweiten vorgelagerten Teilschritt a2) eines ersten Schrittes a) wird eine Zündelektronik mit einem zweiten Vertreter einer Gruppe von Duroplastkunststoffen umspritzt, wonach ein elektrischer Teil eines Primärsteckers unter Ausbildung eines Primärsteckergehäuses unter Verwendung eines Thermoplastkunststoffes an die Zündelektronik angespritzt wird. Danach wird in einem zweiten Schritt b) die Einheit aus Zündelektronik und Primärstecker in eine Kavität des Zündspulengehäuses eingebracht. Schließlich wird in einem dritten Schritt in die verbleibende Kavität ein Zündtransformator eingebracht, der schließlich mit einem ersten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen vergossen wird.
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Bei dieser dritten Ausführungsform ist in vorteilhafter Weise dafür gesorgt, dass zumindest die Zündelektronik, die wie bereits erläutert mit dem Primärstecker und dem Zündtransformator kontaktiert, mit dem zweiten Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen umspritzt ist. Da insbesondere die filigrane Zündelektronik auf thermodynamischen Stress empfindlich reagiert, ist durch die zumindest vorgesehene Umspritzung der Zündelektronik sichergestellt, dass das empfindlichste Bauteil der Zündspule vor übermäßiger thermodynamischer Beanspruchung geschützt ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen ein flüssiges Epoxidharz mit mindestens einer Härterkomponente ist und der zweite Vertreter der Gruppe von Duroplastkunststoffen eine feste Epoxidharz-Formmasse ist.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die feste Epoxidharz-Formmasse Bestandteile aus Glasfasern und/oder anorganischen Harzträgern aufweist.
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Als Verfahren zum Spritzen des Zündspulengehäuses beziehungsweise zum Umspritzen der Zündelektronik beziehungsweise des elektrischen Teiles des Primärsteckers wird erfindungsgemäß das Spritzgießen vorgeschlagen.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und/oder aus den in der Beschreibung erläuterten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Zündspule nach dem Stand der Technik;
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2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zündspule in einer ersten Ausführungsform;
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3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zündspule in einer zweiten Ausführungsform;
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3A einen Schnitt durch einen Primärstecker und eine Zündelektronik der Zündspule nach der zweiten Ausführungsform, gemäß 3 in einer vergrößerten Darstellung;
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4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zündspule in einer dritten Ausführungsform; und
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4A einen Schnitt durch einen Primärstecker und eine Zündelektronik der Zündspule nach der dritten Ausführungsform, gemäß 4 in einer vergrößerten Darstellung.
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Das in 1 gezeigte Zündspulengehäuse 100 einer herkömmlichen Zündspule Z weist eine Kavität K auf, in der ein Zündtransformator 10 und eine Zündelektronik 20 angeordnet sind.
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Der Zündtransformator 10 ist innerhalb aller Figuren stets mit einer sich horizontal und vertikal kreuzenden Linienführung, als Kreuzschraffur gekennzeichnet.
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Die Zündelektronik 20 ist mit einem Primärstecker 25 vormontiert verbunden und wird nach der Vormontage in die Kavität K eingesetzt, so dass die Zündelektronik 20 vollständig in der Kavität K sitzt und der Primärstecker 25 aus dem Zündspulengehäuse 100 heraussteht.
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In dem Primärstecker 25 ist ein Kontaktmesser 25-2 angeordnet, der beim Zusammenbau von Primärstecker 25 und Zündelektronik 20 automatisch über eine zweite Kontaktstelle 20-K2 die elektrische Kontaktierung des Primärsteckers 25 mit der Zündelektronik 20 herstellt.
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Das Zündspulengehäuse 100 ist in der herkömmlichen Herstellungsweise aus mehreren Spritzgussteilen hergestellt, die zu dem Zündspulengehäuse 100 zusammengesetzt werden.
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Eines der Spritzgussteile umfasst als gehäuseseitigen Abgang einen Hochspannungsdom 100-2. Das Zündspulengehäuse 100 ist somit mehrteilig. Als Material für die Spritzgussteile wurde ein erster Vertreter M1-1 aus der Gruppe der Thermoplastkunststoffe M1 verwendet.
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Die Verwendung eines Thermoplastkunststoffes M1 beziehungsweise eines Vertreters M1-1 aus der Gruppe der Thermoplastkunststoffe M1-1 wird in allen Figuren durch eine nach links gerichtete Schrägschraffur symbolisiert.
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Nach der Montage des Zündtransformators 10 und der Zündelektronik 20 mit dem vormontierten Primärstecker 25 wird die Kavität K mit einem Kunststoff in der Art eines Duroplastkunststoffes M2 unter Vakuum vergossen. Als Duroplastkunststoff M2 wird ein erster Vertreter M2-1 (diagonale Kreuzschraffur) von Duroplastkunststoffen M2, nämlich flüssiges Epoxidharz mit mindestens einer Härterkomponente verwendet.
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Dieser erste Vertreter M2-1 eines Duroplastkunststoffes M2 ist wahlweise als ein- oder zweikomponentiges Epoxidharz-Härter-System ausgebildet. Beide Systeme können gleichermaßen zum Einsatz kommen.
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Die Vergussoberfläche bildet, nachdem der Verguss 30 der Kavität K unter Vakuum erfolgt ist, eine Art Deckel 100-1 des Zündspulengehäuses 100. Der Deckel 100-1 überspannt die Kavität K vollständig. Der Deckel 100-1 schließt die Kavität K somit oben vollständig ab.
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Es hat sich herausgestellt, dass es für die Kontaktierung des Zündtransformators 10
- – mit dem Primärstecker 25 über eine erste Kontaktstelle 20-K1 und
- – über die zweite Kontaktstelle 20-K2 mit der Zündelektronik 20 und
- – über eine dritte Kontaktstelle 20-K3 mit einem Hochspannungsanschluss 250 des Kerzensteckers 200
von Vorteil ist, wenn das Zündspulengehäuse 100 und die Vergussmasse des Vergusses 30 nicht wie bisher aus unterschiedlichen Kunststoffgruppen M1, M2 ausgebildet sind. Anders gesagt, es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das Zündspulengehäuse 100 und die Vergussmasse des Vergusses 30 aus einem Kunststoff aus ein und derselben Kunststoffgruppe M2 ausgebildet sind.
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Die Verwendung von Materialien unterschiedlicher Kunststoffgruppen M1, M2 führt nämlich dazu, dass in den Materialien M1, M2 unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten, sowie unterschiedliche Elastizitäten und Härten vorliegen.
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Ferner weisen die unterschiedlichen Materialien verschiedener Kunststoffgruppen M1, M2 verschiedene Brandklassen auf.
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Zudem sind die Haftungseigenschaften der Vertreter der Thermoplastkunststoffe M1 (erste Kunststoffgruppe) und der Vertreter der Duroplastkunststoffe M2 (zweite Kunststoffgruppe) beachtenswert. Die gewünschten guten Haftungseigenschaften zwischen den beiden Kunststoffgruppen M1, M2 sind bei Verwendung unterschiedlicher Kunststoffgruppen M1, M2 nur schwierig aufeinander abzustimmen.
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Zum Schutz der Zündelektronik 20 selbst und zum Schutz der genannten Kontaktstellen 20-K1, 20-K2, 20-K3 im Sinne einer sich dauerhaften, nicht veränderlichen ortsfesten Lage der Kontaktstellen 20-K1, 20-K2, 20-K3 gegenüber den Kontaktpartnern, wie
- • dem Zündtransformator 10 gegenüber der Zündelektronik 20 und dem
- • Zündtransformator 10 gegenüber dem Hochspannungsanschluss 250 des Kerzensteckers 200, sowie
- • der Zündelektronik 20 gegenüber dem Primärstecker 25
ist es wünschenswert, dass die die thermomechanischen und/oder chemischen Eigenschaften bestimmenden Materialunterschiede zwischen den sich an die Komponenten mit den Bezugszeichen 10 (Zündtransformator), 20 (Zündelektronik) anschließenden Komponenten mit den Bezugszeichen 25 (Primärstecker), 30 (Verguss), 40 (Umspritzung), 100 (Kerzenstecker) möglichst gering sind, beziehungsweise dass thermomechanische und/oder chemische Materialeigenschaften optimal aufeinander abgestimmt sind.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform wird erfindungsgemäß Folgendes vorgeschlagen:
Die 2 zeigt das Zündspulengehäuse 100 einer Zündspule Z‘ gemäß der ersten Ausführungsform. Das erfindungsgemäße Zündspulengehäuse 100 ist erfindungsgemäß nicht mehr mehrteilig und wird erfindungsgemäß nicht mehr aus einem Thermoplastkunststoff M1-! der ersten Kunststoffgruppe M1 hergestellt, sondern es ist einteilig und wird aus einem zweiten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2 der zweiten Kunststoffgruppe M2, insbesondere aus einer Epoxidharz-Formmasse hergestellt.
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Die Epoxidharz-Formmasse zeichnet sich dadurch aus, dass sie als rieselfähige Formmasse vorliegt, wobei die Formmasse bereits mit Glasfasern und/oder anorganischen Harzträgern gefüllt ist. Diese Epoxidharz-Formmasse kann in einem Spritzgusswerkzeug verarbeitet werden, so dass eine Umspritzung und/oder Anspritzung von Bauteilen in einer gewünschten Form möglich ist. Die Epoxidharz-Formmasse hat nach der Verarbeitung ferner den Vorteil, dass die daraus hergestellten Bauteile/Komponenten temperatur- und dimensionsstabil sind. Ferner weist die verarbeitete Epoxidharz-Formmasse sehr gute Isolationseigenschaften auf und ist gegenüber Chemikalien, insbesondere aus dem Kraftfahrzeugbereich beständig. Außerdem weist die verarbeitete Epoxidharz-Formmasse eine sehr gute Adhäsion zu Metalloberflächen, wie etwa Leiterplatten einer Zündelektronik 20 etc. auf. Mit der Epoxidharz-Formmasse können schonend mediendichte Umhüllungen sensibler und filigraner Komponenten, wie zum Beispiel die genannte Zündelektronik 20 hergestellt werden. Die schonende Herstellung bezieht sich insbesondere darauf, dass die Umhüllungen durch Spritzgießen herstellbar sind, wobei in dem zugehörigen Verfahrensschritt unter Verwendung der Epoxidharz-Formmasse in Abhängigkeit der Formfüllung der Spritzgussform nur sehr geringe Drücke zwischen 0 und 40 bar benötigt werden. Im Vergleich dazu werden bei einem Spritzgießen von Thermoplastkunststoffen, bei gleicher Formfüllung der Spritzgussform, Drücke zwischen 0 und 800 bar benötigt. Ein Beispiel:
Bei einer Formfüllung der Spritzgussform von 60 % werden bei einer Epoxidharz-Formmasse als Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2 eines Duroplastkunststoffes der zweiten Kunststoffgruppe M2 Drücke um 2 bar benötigt und bei einem Thermoplastkunststoff-Vertreter M1-1 der ersten Kunststoffgruppe M1 300 bar. Daraus ergibt sich, dass bei dem Umspritzen von sensiblen und filigranen Komponenten, wie beispielsweise einer Zündelektronik 20 innerhalb einer Zündspule Z‘, die Verarbeitung und Verwendung eines Duroplastkunststoffes der zweiten Kunststoffgruppe M2 wünschenswert ist, da es während der Herstellung und auch im Einsatz zu den genannten Vorteilen kommt.
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Erfindungsgemäß wird die Zündelektronik 20 mit dem elektrischen Teil des Primärsteckers 25 kontaktseitig 20-K2 vormontiert verbunden und wird jetzt im Unterschied zum Stand der Technik einteilig in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt.
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Die Innenkontur des Spritzgusswerkzeuges ist derart auf die Zündelektronik 20 und den Primärstecker 25 und das zu bildende Zündspulengehäuse 100 abgestimmt, so dass die Zündelektronik 20 und ein Primärsteckergehäuse 25-1 des Primärsteckers und ein in das Spritzgusswerkzeug hineinragender Teilbereich des Primärsteckers 25 gleichzeitig mit dem Spritzen des gesamten Zündspulengehäuses 100 mit dem spritzbaren Duroplastkunststoff M2; M2-2 umspritzt werden.
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Die dadurch entstehende Umspritzung 40 um die Zündelektronik 20 und den elektrischen Teil des Primärsteckers 25 ist in 2 gut sichtbar und weist dieselbe nach rechts gerichtete Schrägschraffur auf, wie das beim Spritzgießen gleichzeitig entstehende Zündspulengehäuse 100. Hierdurch wird in den Figuren verdeutlicht, dass dieser Bereich der Zündspule Z‘ in einem einzigen Verfahrensschritt aus ein und demselben Material, einem Duroplastkunststoff M2 (zweite Kunststoffgruppe), insbesondere aus der oben beschriebenen Epoxidharz-Formmasse M2-2 als zweiter Vertreter M2-2 eines Duroplastkunststoffes M2 hergestellt ist.
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Erfindungsgemäß wird, wie bereits deutlich wird, gleichzeitig mit der Umspritzung 40 der Zündelektronik 20 und dem elektrischen Teil des Primärsteckers 25 in ein und demselben Verfahrensschritt, in einem Schuss des Spritzgießverfahrens auch das Zündspulengehäuse 100 gespritzt.
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Dadurch entsteht in vorteilhafter Weise ein einteiliges Zündspulengehäuse 100, das ebenfalls aus einem Duroplastkunststoff M2 besteht, welches die Zündelektronik 20 und den Primärstecker 25 beherbergt, wobei die Zündelektronik 20 und der Primärstecker 25 durch die Vormontage bereits beim Umspritzen über die zweite Kontaktstelle 20-K2 miteinander kontaktiert sind.
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Der erste Kontakt wird über eine erste Kontaktstelle 20-K1 in der Art von Schneidklemmkontakten ausgebildet. Dieser erste Kontakt wird beim Umspritzen der Zündelektronik 20 und dem elektrischen Teil des Primärsteckers 25 nicht mit dem Duroplastkunststoff M2-2 umspritzt und steht somit aus der Umspritzung 40 nach innen in die gegenüber dem Stand der Technik verbleibende kleinere Kavität K1 des Zündspulengehäuses 100 hinein.
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In die gegenüber dem Stand der Technik kleinere Kavität K1 wird in einem nächsten Schritt der Zündtransformator 10 eingebracht.
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Der Zündtransformator 10 wird in dem ersten Duroplastkunststoff M2-1, einem Vertreter der zweiten Kunststoffgruppe M2, insbesondere dem Epoxidharz M2-1 eines einkomponentigen Epoxidharz-Härter-Systems oder eines zweikomponentigen Epoxidharz-Härter-Systems als Vergussmasse unter Vakuum eingegossen.
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Bei dem Einbringen des Zündtransformators 10 in die kleinere Kavität K1 kontaktiert der Zündtransformator 10 automatisch über die erste Kontaktstelle 20-K1, insbesondere die Schneidklemmkontakte mit der Zündelektronik 20 und über die dritte Kontaktstelle 20-K3 mit dem Hochspannungsanschluss 250 des Kerzensteckers 200, der in den 1 und 2 nicht dargestellt ist.
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Der Verguss 30 ist in 2 analog zu der 1 mit einer diagonalen Kreuzschraffur dargestellt.
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Bei der Zündspule Z‘ gemäß der ersten Ausführungsform überspannt der durch den Verguss 30 erzeugte Deckel 100-1 der Zündspule 100 als oberen Abschluss nur die gegenüber dem Stand der Technik verbleibende kleinere Kavität K1.
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Bei der ersten Ausführungsform ist es von besonderem Vorteil, dass der Duroplastkunststoff- Vertreter M2-2 des Zündspulengehäuses 100 und die Umspritzung 40 der Zündelektronik 20 und des elektrischen Teiles des Primärsteckers 25 materialseitig derart eingestellt sind, dass er die Zündelektronik 20 und den elektrischen Teil des Primärsteckers 25, nebst den von der Zündelektronik 20 abgehenden Kontakten 20-K1, 20-K2 hermetisch umschließt, so dass ein erforderlicher Helium-Lecktest der Einheit aus Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 erfolgreich durchgeführt werden kann.
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Zudem ist es durch die spezifische Materialauswahl des Duroplastkunststoff-Vertreters M2-2 der zweiten Kunststoffgruppe M2 und durch die spezifische Einstellung des Materials des Duroplastkunststoff-Vertreters M2-2 der zweiten Kunststoffgruppe M2 über die Zuführung von Füllstoffen und Additiven möglich, dass sowohl das Zündspulengehäuse 100 als auch die Umspritzung 40 der Zündelektronik 20 und des elektrischen Teiles des Primärsteckers 25, hergestellt aus dem zweiten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2, der Wärmeausdehnung des in den ersten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1 derselben Kunststoffgruppe M2 vergossenen Zündtransformators 10 angepasst sind.
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Zudem weist die Umspritzung 40 einen an die Zündelektronik 20 und an die elektrischen Teile des Primärsteckers 25 angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass gleichermaßen hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten eine optimierte Anpassung des Vergusses 30 aus dem ersten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1 an das Zündspulengehäuse 100 aus dem zweiten Duroplastkunststoff M2-2 und die Umspritzung 40 aus dem zweiten Duroplastkunststoff M2-2 beziehungsweise an die in der Umspritzung 40 liegende Zündelektronik 20 samt Primärstecker 25 erreicht wird.
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Zudem kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass das Zündspulengehäuse 100, welches in der ersten Ausführungsform auch die Zündelektronik 20 und den Primärstecker 25 beherbergt, beziehungsweise die Zündelektronik 20 und der Primärstecker 25 in das Zündspulengehäuse 100 integriert sind, aus dem zweiten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2 ausgebildet ist, der eine hohe Brandschutzklasse, insbesondere die Brandschutzklasse V0 aufweist.
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Von Vorteil ist ferner, dass die Wärmeleitfähigkeit der Duroplastkunststoffe M2 allgemein wesentlich leichter durch Auswahl eines Duroplastkunststoffes M2 selbst und über Füllstoffe und Additive einstellbar ist, als beispielsweise bei einem Thermoplastkunststoff M1.
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Ein Thermoplastkunststoff M1 ist ferner gegenüber einem Duroplastkunststoff M2 nur schwer flammenhemmend einzustellen und seine Wärmeleitfähigkeit ist gegenüber Duroplastkunststoff-Vertretern M2-1; M2-2 relativ schlecht einzustellen, so dass die Verwendung der Duroplastkunststoffe M2 gegenüber der Verwendung von Thermoplastkunststoffen M1 auch in dieser Hinsicht vorteilhaft ist.
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Hinzu kommt, dass die Haftfähigkeit zwischen dem Verguss 30 aus dem ersten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1, welcher den Zündtransformator 10 umgibt, gegenüber der Umspritzung 40 aus dem zweiten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2, mit dem das Zündspulengehäuse 100 und der elektrische Teil des Primärsteckers 25 umspritzt ist, optimaler einstellbar ist, als bei der Lösung nach dem Stand der Technik.
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Aus 1 wird deutlich, dass das Zündspulengehäuse 100 aus einem Thermoplastkunststoff M1 und der Verguss 30 aus einem ersten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1 ausgebildet ist. Diese aus dem Stand der Technik bekannte Materialkombination weist gegenüber der neuen Lösung geringere Haftfähigkeiten auf. Zwischen zwei Duroplastkunststoff-Vertretern M2-1 und M2-2 ist es in vorteilhafter Weise durch eine spezifische Einstellung der beiden Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1 und M2-2 leichter möglich, eine sehr gut haftende Kontaktfläche zu bilden.
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Zudem ist es, durch die chemische Ähnlichkeit der Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1, M2-2 sichergestellt, dass keine den benachbarten Duroplastkunststoff zersetzenden chemischen Substanzen freigesetzt werden, so dass sich die Materialsqualität und die Haftung zwischen dem Verguss 30 des Zündtransformators 10 aus dem ersten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1 und der Umspritzung 40 des Zündspulengehäuses 20 und des Primärsteckers aus dem zweiten Duroplastkunststoff M2-2, über die Lebensdauer der Zündspule 100 betrachtet, nicht herabgesetzt wird, da keine zwischen den Duroplastkunststoffen M2-1, M2-2 wandernden und in den benachbarten Duroplastkunststoff M2-1, M2-2 hinein diffundierenden zersetzenden chemische Bestandteile vorhanden sind.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird erfindungsgemäß Folgendes vorgeschlagen:
Die 3 zeigt das Zündspulengehäuse 100 einer Zündspule Z‘‘ gemäß der zweiten Ausführungsform. Bei dieser 3 ist auch der mit der in den verschiedenen Ausführungsformen jeweiligen Zündspule Z, Z‘, Z‘‘, Z‘‘‘ verbundene Kerzenstecker 200 dargestellt.
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Über eine nicht näher dargestellte Federverbindung ist der Hochspannungsanschluss 250 im Hochspannungsdom 100-2 über die dritte Kontaktstelle 20-K3 der Zündspule Z‘‘ (analog bei Zündspule Z; Z‘, Z‘‘‘) mit der Zündkerze verbunden, wobei die Verbindungsstelle zwischen dem die Kontaktstelle 20-K3 einerseits elektrisch abgreifenden Federelement und dem andererseits mit der Zündkerze kontaktierenden Federelement im Bereich des Kerzensteckers 200 liegt. Die Verbindung zwischen Federelement und dritter Kontaktstelle 20-K3 wird, wie in 3 und 4 dargestellt ist, in bekannter Weise mit einem Gummibalg geschützt.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist das Zündspulengehäuse 100 wie bisher in der herkömmlichen Herstellungsweise aus mehreren Spritzgussteilen hergestellt und anschließend zu dem Zündspulengehäuse 100 zusammengesetzt. Der Aufbau des Zündspulengehäuses 100 entspricht dem Stand der Technik und wurde im Zusammenhang mit der Beschreibung zu der 1 bereits erläutert. Das Zündspulengehäuse 100 ist somit in der zweiten Ausführungsform mehrteilig aus einem Thermoplastkunststoff M1 ausgebildet.
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Das Zündspulengehäuse 100 umfasst nach seinem Zusammenbau die Kavität K, in der die Zündelektronik 20 und der Zündtransformator 10 untergebracht werden.
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Im Unterschied zum Stand der Technik wird die Zündelektronik 20 mit dem elektrischen Teil des Primärsteckers 25 im Bereich der zweiten Kontaktstelle 20-K2 kontaktiert und in ein dafür vorgesehenes Spritzgusswerkzeug eingelegt.
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In einem vorgeschalteten Verfahrensschritt werden die Zündelektronik 20 und der elektrische Teil des Primärsteckers 25 mit dem zweiten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2 der zweiten Kunststoffgruppe M2, insbesondere aus der bereits erläuterten Epoxidharz-Formmasse umspritzt, so dass sich wiederum die Umspritzung 40 ausbildet.
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Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 bilden somit nach der Herstellung der Umspritzung 40 eine bauliche Einheit, die wie bereits ebenfalls erläutert wurde, erfolgreich einem Helium-Lecktest zugeführt werden kann.
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Diese bauliche Einheit ist in 3A in einer vergrößerten Darstellung gezeigt, wobei Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 in 3A in der in 3 dargestellten Einbaulage dargestellt sind.
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Die Umspritzung 40 ist dabei derart ausgebildet, dass der Primärstecker 25 ein Gehäuse 25-1 bildet, welches gegenüber der in 3 dargestellten vertikalen Längsachse der Zündspule Z‘‘ und des Kerzensteckers 200 und der Zündkerze einen schrägen Abgang bildet. Die Ausgestaltung mit dem schrägen Abgang, stellt eine der möglichen Ausgestaltungen dar. Es werden auch Ausführungen mit waagerechtem und vom Zündspulengehäuse 100 rechtwinklig abgehenden und schließlich vertikalem Abgang vorgeschlagen, die durch die Ausgestaltung des notwendigen Spritzwerkzeuges zur konstruktiven Ausbildung des Abgangs der jeweiligen Umspritzung 40 des Primärsteckergehäuses 25-1 des Primärsteckers 25 entsprechend ausbildbar sind.
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Die Zündelektronik 20 wiederum ist derart ausgebildet, dass die Umspritzung eine Schiene 20A bildet, die in nicht näher dargestellte gegenüberliegende Nuten auf den gegenüberliegenden Innenflächen des Zündspulengehäuses 100 von oben nach unten in vertikaler Richtung einschiebbar ist. In dem vorgefertigten Zündspulengehäuse 100 ist ferner eine Öffnung vorgesehen, in die der beispielhaft ausgeführte schräge Abgang des Primärsteckergehäuses 25-1 des Primärsteckers 25 einrückt. Die Schiene 20A wirkt als Platte, die nach dem Einschieben der Schiene 20A in vorteilhafter Weise das Zündspulengehäuse 100 verschließt.
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Nach erfolgter Montage füllt die Einheit aus Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 einen Teil der Kavität K aus, so dass wiederum die verbleibende kleinere Kavität K1 ausgebildet ist, in der schließlich der Zündtransformator 10 eingebracht wird. Bei der Umspritzung 40 der Zündelektronik 20 und des Primärsteckers 25 wird wiederum darauf geachtet, dass die erste Kontaktstelle 20-K1 aus der Umspritzung 40 heraussteht und so bei der Einbringung des Zündtransformators 10 in die kleinere Kavität K1 automatisch mit dem Zündtransformator 10 kontaktiert.
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Der Zündtransformator 10 wird, wie bereits erläutert, mit dem Duroplastkunststoff-Vertreter M2-1 der zweiten Kunststoffgruppe M2, nämlich dem flüssigen Epoxidharz mit einer Härterkomponente unter Vakuum vergossen.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform wird darauf verzichtet, das Zündspulengehäuse 100 ebenfalls aus einem Duroplastkunststoff M2 herzustellen. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere die sensible und filigrane Zündelektronik 20 besonderen Schutz bedarf, um die Kontaktierung 20-K1 zwischen Zündelektronik 20 und Zündtransformator 10 einerseits und zwischen Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 andererseits sicherzustellen. Durch die Umspritzung 40 mit dem Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2 aus einer speziell dafür hergestellten Epoxidharz-Formmasse M2-2 treten die bereits erläuterten Vorteile bezüglich der Temperaturstabilität und Dimensionsstabilität der Einheit aus Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 ein.
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Da die verbleibende kleinere Kavität K1 ebenfalls mit einem ersten Vertreter M2-1 eines Duroplastkunststoffes M2 aus dem flüssigen Epoxidharz mit einer Härterkomponente unter Vakuum vergossen wird, sind die beiden Duroplastkunststoffe M2-1, M2-2 ein und derselben Duroplastkunststoffgruppe M2 in vorteilhafter Weise auch sehr gut aneinander angepasst, so dass auch die chemische Stabilität der benachbarten Materialien erhalten bleiben und die gewünscht Haftfähigkeit eintritt.
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In einer dritten Ausführungsform wird erfindungsgemäß Folgendes vorgeschlagen:
Die 4 zeigt das Zündspulengehäuse 100 einer Zündspule Z‘‘‘ gemäß der dritten Ausführungsform.
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Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass die Einheit aus Primärstecker 25 und Zündelektronik 20 in dem vorgeschalteten Verfahrensschritt auf eine noch andere Art und Weise hergestellt wird. Nach der Herstellung wird die Einheit aus Primärstecker 25 und Zündelektronik 20 analog zu der zweiten Ausführungsform in die Nuten des Zündspulengehäuses 100 geschoben. Dazu weist die Umspritzung 40 der Zündelektronik 20 wiederum eine Schiene 20A auf, die als Platte wirkt, die nach dem Einschieben der Schiene 20A in vorteilhafter Weise das Zündspulengehäuse 100 verschließt.
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In dem vorgeschalteten Verfahrensschritt wird in der dritten Ausführungsform nur die Zündelektronik 20 separat mit dem zweiten Duroplastkunststoff-Vertreter M2-2, der Epoxidharz-Formmasse umspritzt, so dass die Umspritzung 40 bereits die erste und die zweite Kontaktstelle 20-K1, 20-K2 umfasst, wobei das Kontaktmesser 25-2 und der erste Kontakt der ersten Kontaktstelle 20-K1 aus der Umspritzung 40 herausragt.
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Das Kontaktmesser 25-2 der zweiten Kontaktstelle 20-K2 wird anschließend mit einem Primärsteckergehäuse 25-1 aus einem Thermoplastkunststoff M1 versehen, das heißt, der Thermoplastkunststoff M1 wird an die Umspritzung 40 aus einem Duroplastkunststoff angespritzt und bildet gleichzeitig das Primärsteckergehäuse 25-1 aus.
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Die weitere Vorgehensweise zur Komplettierung der Zündspule 100 entspricht der Beschreibung der zweiten Ausführungsform. In 4A ist wiederum die Einheit aus Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 in Einbaulage gemäß der 4 gezeigt, nachdem das Primärsteckergehäuse 25-1 aus dem Thermoplastkunststoff-Vertreter M1-1 an die Zündelektronik 20 aus der Epoxidharz-Formmasse M2-2 als zweiten Vertreter eines Duroplastkunststoffes M2 angespritzt worden ist.
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Bei dieser dritten Ausführungsform besteht der Vorteil insbesondere darin, dass zumindest die Zündelektronik 20 geschützt in der Umspritzung 40 aus der Epoxidharz-Formmasse M2-2 angeordnet ist.
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Die Epoxidharz-Formmasse M2-2 wird dabei spezifisch auf die Wärmeausdehnung beziehungsweise auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Zündelektronik 20 ausgelegt, indem die Epoxidharz-Formmasse M2-2 durch Zugabe von vorgegebenen Mengenanteilen aus Glasfasern und/oder anorganischen Harzträgern entsprechend angepasst wird. Diese angepasste Epoxidharz-Formmasse M2-2 ist besonders riss- und temperaturschockbeständig und schützt somit dauerhaft die Kontaktierung 20-K1 der Zündelektronik 20 gegenüber dem Zündtransformator 10 und die Kontaktierung 20-K2 der Zündelektronik 20 zu dem Primärstecker 25, da die ortsfeste Lage der Kontaktstellen 20-K1 und 20-K2 sichergestellt ist.
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Bei allen Ausführungsformen ist so dafür gesorgt, dass die Zündelektronik 20 einem geringeren thermomechanischen Stress unterliegt, da die Umspritzung 40 der Zündelektronik 20 auf das Temperaturverhalten der Zündelektronik 20 selbst und auf die mit der Zündelektronik 20 verbundenen oder auf die die Zündspulenelektronik umgebenden Komponenten abgestimmt ist. Ein erforderlicher Helium-Lecktest der Einheit aus Zündelektronik 20 und Primärstecker 25 wird auch in der Herstellungsweise der dritten Ausführungsform erfolgreich bestanden.
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Die Verwendung eines Duroplastkunststoffes M2 in der Art einer Epoxidharz-Formmasse M2-2 unterscheidet sich insbesondere gegenüber einem Thermoplastkunststoff M1 in seinem molekularen Aufbau, wodurch insbesondere erreicht wird, dass die Duroplastkunststoffe M2 bei Wärmeentwicklung bis zu einer Temperatur von circa 250°C nicht erweichen, während Thermoplastkunststoffe M1 bereits bei einer Temperatur von circa. 80°C beginnen zu erweichen. Im Gegensatz zu den Thermoplasten lassen sich Duroplastkunststoffe für den Anmeldungsfall in vorteilhafterweise nicht aufschmelzen, denn sie sind bis zur Zersetzungstemperatur starr.
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Die Zündelektronik 20 und/oder der Primärstecker 25 sind einer Umspritzung 40 aus dem Duroplastkunststoff M2-2, beziehungsweise ist das Zündspulengehäuse 100 aus dem Duroplastkunststoff M2-2 je nach Ausführungsform Z‘, Z‘‘, Z‘‘‘ durch die bewirkte Dimensionsstabilität der Komponente/n gegenüber unvermeidlichen Temperaturschwankungen beim Betrieb der jeweiligen Zündspule Z‘, Z‘‘, Z‘‘‘ betriebssicher beziehungsweise gegenüber den herkömmlichen Zündspulen Z betriebssicherer ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- Z
- Zündspule (Stand der Technik)
- Z‘
- Zündspule (erste Ausführungsform)
- Z‘‘
- Zündspule (zweite Ausführungsform)
- Z‘‘‘
- Zündspule (dritte Ausführungsform)
- 100
- Zündspulengehäuse
- 100-1
- Deckel des Zündspulengehäuses
- 100-2
- Hochspannungsdom
- 10
- Zündtransformator
- 20
- Zündelektronik
- 20-K1
- erste Kontaktstelle
- 20-K2
- zweite Kontaktstelle
- 20-K3
- dritte Kontaktstelle
- 20A
- Schiene
- 25
- Primärstecker
- 25-1
- Primärsteckergehäuse
- 25-2
- Kontaktmesser
- 30
- Verguss
- 40
- Umspritzung
- 50
- Hochspannungsanschluss
- 200
- Kerzenstecker
- 250
- Hochspannungsanschluss
- K
- Kavität
- K1
- Kavität
- M1
- Material-Thermoplastkunststoff
- M1-1
- erster Thermoplastkunststoff-Vertreter
- M2
- Material-Duroplastkunststoff
- M2-1
- erster Duroplastkunststoff-Vertreter
- M2-2
- zweiter Duroplastkunststoff-Vertreter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4411189 A1 [0002, 0003]
- DE 69702036 T2 [0002, 0005]
- DE 69733626 T2 [0002, 0004]
