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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Zündspulenvorrichtung
zum Zünden
eines Brennstoffgemischs in einer Brennkraftmaschine mit einem Wickelkörper, auf
dem eine Spulenwicklung aufgewickelt ist, der zylinderförmig ausgestaltet
ist und der an einer Stirnseite mit einer Zündkerze verbindbar ist, einem
Blechmantel, der den Wickelkörper
mit der Spulenwicklung am Umfang umgibt und einem elastischen Isolierteil,
das hohlzylindrisch ausgestaltet ist und das an einem der Zündkerze
zugewandten Abschnitt des Wickelkörpers auf diesen aufgebracht
ist, zur Isolierung gegen Hochspannung.
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Stabzündspulen dienen zum Erzeugen
von Hochspannungen zum Zünden
eines Brennstoffgemischs in einer Brennkraftmaschine. Eine Stabzündspule
stellt einen Hochspannungstransformator dar, dessen Magnetkreis
aus einem von Sekundär-
beziehungsweise Primärspule
umschlossenen Hauptkern, in dem sich ein Luftspalt befinden kann,
sowie aus Rückschlussschenkeln
beziehungsweise Jochteilen besteht. Bei Stabzündspulen wird der magnetische Rückschluss
durch das aus gebogenem Elektroblech gebildete Gehäuse vollzogen.
Die Primärwicklung der
Stabzündspule
wird über
eine Steuerelektronik mit einem entsprechenden Strom versorgt. Die
Steuerelekronik unterbricht den Primärstrom, wodurch sekundärseitig
ein Hochspannungsimpuls zur Beaufschlagung einer auf die Stabzündspule
gesteckten Zündkerze
erzeugt werden.
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Die Stabzündspule ist üblicherweise
im Inneren des Gehäuses
durch Einspritzen einer elektrisch isolierenden Vergussmasse vergossen.
Dieses Vergießen
dient dem Zweck, dass die im Inneren des Gehäuses angeordneten Bauteile,
wie zum Beispiel der weichmagnetische Kern und der Spulenkörper mit
Primär-
und Sekundärspule,
in ihrer gewünschten Lage
fixiert werden, ohne dass weitere Haltemittel erforderlich sind.
Zur Vermeidung von durch die Vergussmasse entstehenden inneren Spannungen
kann die Gehäuseinnenwand
mit einem elastischen Medium beschichtet und der Zwischenraum zwischen dem
elastischen Medium und den im Gehäuseinneren angeordneten Bauteilen
mit elektrisch isolierendem Harz ausgefüllt werden. Dadurch werden
thermische Dehnungen, die zu Rissbildungen im Gehäuseinneren
führen
könnten,
vermieden.
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Um diesen fertigungstechnischen Zusatzaufwand
der elastischen Beschichtung zu umgehen, ist aus der deutschen Patentschrift
DE 199 27 820 C1 bekannt,
das Innere des Stabzündspulenkörpers im Bereich
zwischen der äußeren Wicklung
und dem Gehäuse
von der Vergussmasse auszusparen. Damit soll sich die Wicklung bei
Erwärmung
thermisch ausdehnen können,
so dass es nicht zu inneren Spannungen kommt. Dabei ist vorgesehen,
dass ein die Stabzündspule
und die Zündkerze
hochspannungsfest überdeckender
Verbindungsabschnitt aus flexiblem Material verwendet wird, welcher
zündspulenseitig
einen Anschlussabschnitt aufweist, im Bereich dessen das Gehäuse und
mindestens einer der beiden Spulenkörper elastisch miteinander
gekoppelt sind. Das Elastomermaterial des Verbindungsabschnitts
ist um einen der beiden Spulenkörper
herum in den Bereich zwischen Gehäuse und Spulenkörperaußenfläche gespritzt
und montiert. Hierdurch ist an der Stelle, an der der äußere Ringraum
gebildet ist, ein Dehnungen beziehungsweise Spannungen aufnehmender
Abschnitt erzeugt. Ferner ist in diesem Dokument beschrieben, dass
ein Elastomeranschluss direkt in den Bereich zwischen dem Gehäuse und
dem äußeren Spulenkörper mündet, so
dass beide Bauteile über
das elastische Medium miteinander gekoppelt sind. Das elastische
Medium wird somit unter das Gehäuse
geschoben. Hierdurch wird das Gehäuse zum einen zentriert und
zum anderen abgedichtet.
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Das Abdichten von Hohlräumen in
der Stabzündspule
ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift
DE 197 02 438 C2 bekannt.
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Ferner ist aus der Druckschrift
US 6,208,231 eine Zündspulenanordnung
mit verbesserter Struktur gegen Bruchgefahr oder die elektrische
Entladung bekannt. Dabei sind ringförmige Gummielemente auf einen
Endabschnitt des äußeren Spulenkerns
aufgebracht und dieser äußere Spulenkern
von der Seite des Gummiringelements in den Transformatorabschnitt
mit dem Hochspannungsanschluss eingefügt. Durch die elastischen Deformationen
des Gummiringelements können
Unterschiede bei der Ausdehnung zwischen dem äußeren Kern und dem Epoxydharz ausgeglichen
werden.
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Schließlich ist in der Druckschrift
US 5,842,458 eine Zündkerzenmuffe
mit lüftungsfähiger Dichtung
beschrieben. Die Dichtungsmuffe besitzt Abdicht- und Lüftungseigenschaften. Die Abdichtung wird
zwischen dem Muffenkörper
und der inneren Oberfläche
des Zylinderkopfs erzielt. Daneben wird eine Belüftung für unter Druck stehendes Gas
in dem Innenbereich der Zündkerzenaufnahmebohrung
gewährleistet.
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Die Abdichtung der Primärspule gegenüber Umwelteinflüssen ist
insbesondere zur Vermeidung von Korrosion der Primärwicklung
notwendig. Daher ist eine Abdichtwirkung gegenüber Feuchtigkeit, Schmutz und
Reagenzien aller Art zu erzielen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die Abdichtung einer Zündspule gegenüber ihrer
Umgebung zu verbessern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch eine Zündspulenvorrichtung zum
Zünden
eines Brennstoffgemischs in einer Brennkraftmaschine mit einem Wickelkörper, auf dem
eine Spulenwicklung aufgewickelt ist, der zylinderförmig ausgestaltet
ist, und der an einer Stirnseite mit einer Zündkerze verbindbar ist, einem
Blechmantel, der den Wickelkörper
mit der Spulenwicklung am Umfang umgibt, und einem elastischen Isolierteil
zur Isolation gegen Hochspannung, das hohlzylindrisch ausgestaltet
ist und das an einem der Stirnseite zugewandten Abschnitt des Wickelkörpers auf
diesen aufgebracht ist, und zumindest teilweise zwischen dem Wickelkörper und
dem Blechmantel angeordnet ist, wobei das elastische Isolierteil
und/oder der Wickelkörper
in dem Bereich, in dem das elastische Isolierteil zwischen dem Wickelkörper und
dem Blechmantel angeordnet ist, ein Dichtprofil aufweist/aufweisen.
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Ferner wird die oben genannte Aufgabe
erfindungsgemäß gelöst durch
eine Zündspulenvorrichtung
zum Zünden
eines Brennstoffgemischs in einer Brennkraftmaschine mit einem Wickelkörper, auf dem
eine Spulenwicklung aufgewickelt ist, der zylinderförmig ausgestaltet
ist, und der an einer Stirnseite mit einer Zündkerze verbindbar ist, einem
Blechmantel, der den Wickelkörper
mit der Spulenwicklung am Umfang umgibt, und einem elastischen Isolierteil
zur Isolation gegen Hochspannung, das hohlzylindrisch ausgestaltet
ist und das an einem der Stirnseite zugewandten Abschnitt des Wickelkörpers auf
diesen aufgebracht ist, und zumindest teilweise zwischen dem Wickelkörper und
dem Blechmantel angeordnet ist, wobei ein Hohlraum zwischen dem
elastischen Isolierteil und dem Blechmantel mit Vergussmasse vergossen
ist.
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Somit ist es möglich, bei einer geschlossenen
Außenhülle beziehungsweise
durchgehenden Blechmantel den nicht gefüllten Primärwicklungshohlraum durch ein
Gummüsolierteil
oder anderes elastisches Isolierteil abzudichten. In vorteilhafter Weise
kann damit eine Isolierfolie und ein eventuelles nachträgliches
Abdichten des Primärwicklungshohlraums
entfallen. Gleichzeitig wird mit dieser Art der Isolierung der Primärwicklung
gegen das Außenblech
eine gewisse mechanische Festigkeit der Isolierung erreicht. Da
es nicht zwingend notwendig ist, den Hohlraum zu vergießen, entfallen
die Aushärtezeiten,
die nach dem Verguss notwendig sind.
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In vorteilhafter Weise ist auf den
Wickelkörper
die Primärwicklung
aufgewickelt und die Sekundärwicklung
befindet sich im Inneren des Wickelkörpers. Da an der Primärwicklung
geringere Spannungen als an der Sekundärwicklung anliegen, muss der bei
der Wicklung entstehende Hohlraum am Primärwickelkörper nicht durch einen elektrischen
Isolator vergossen werden. Die Sekundärwicklung im Inneren des Primärwickelkörpers hingegen
ist üblicherweise
vergossen.
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Zusätzlich zu dem elastischen Isolierteil kann
eine Vergussmasse zwischen den Wickelkörper und das Außenblech
eingebracht werden. Durch diese Maßnahme lässt sich die Dichtwirkung des
elastischen Isolierteils erhöhen
beziehungsweise ergänzen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft an Stellen, die sehr schmal sind
und in die ein elastisches Isolierteil nicht mehr eingeschoben werden
kann.
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Der Hohlraum zwischen der Spulenwicklung und
dem Außenblech
dient in erster Linie dazu, thermische Ausdehnungen der Spulenwicklung
zu ermöglichen.
Durch das abdichtende elastische Isolierteil kann dieser Hohlraum
definiert dimensioniert werden, was durch Vergusstechnik nicht ohne
weiteres möglich
ist.
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Der Blechmantel umfasst vorzugsweise mehrere
radial übereinander
angeordnete Bleche. Diese ermöglichen
einen wirksameren magnetischen Rück fluss
und sollten aus einem entsprechenden ferromagnetischen Material
gefertigt sein.
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Der Blechmantel erstreckt sich in
axialer Richtung vorzugsweise nicht nur über die Primärwicklung
und den Abdichtbereich des elastischen Isolierteils, sondern im
Wesentlichen über
das gesamte elastische Isolierteil. Damit ist eine erhöhte mechanische
Festigkeit und ein erhöhter
mechanischer Schutz der Zündspule
in diesem Bereich gegeben.
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Die Abdichtung der Primärwicklung
kann zusätzlich
dadurch erhöht
werden, dass auf der Oberfläche
der Spulenwicklung unter dem Blechmantel eine Isolierfolie oder
ein Schrumpfschlauch angeordnet wird. Mit dieser Maßnahme wird
die Isolierung zwar sehr aufwändig,
aber dennoch kann sich damit eine Erhöhung der Lebensdauer der Zündspulenvorrichtung
ergeben.
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Das elastische Isolierteil wird vorzugsweise an
den Primärwickelkörper gespritzt
oder geklebt. Dies hat den Vorteil, dass das elastische Isolierteil
mit dem Primärwickelkörper fest
verbunden ist und nicht durch das Dichtprofil oder die nachträglich eingebrachte
Abdichtung auf dem Primärwickelkörper dauerhaft
gehalten werden muss.
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Die vorliegende Erfindung wird nun
anhand der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert,
die einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Zündspulenvorrichtung darstellt.
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Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel
stellt eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar.
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Die Figur zeigt eine Zündspule 1 mit
zwei Varianten der Hohlraumisolierung. In der linken Hälfte der
Figur ist die erfindungsgemäße Hohlraumisolierung
durch Gummiteil und Abdichtmasse und in der rechten Hälfte die
erfindungsgemäße Hohlraumisolierung
durch Gummiteil mit Dichtprofil dargestellt. Wesentliches Bauteil
im Inneren der Zündspule 1 ist der
Primärwickelkörper 2,
der sich in axialer Richtung der zylinderförmigen Zündspule 1 über die
ge samte Länge
der figürlichen
Darstellung erstreckt. In eine Verjüngung des Primärwickelkörpers 2 ist
die Primärwicklung 3 eingewickelt.
Konzentrisch über
den Primärwickelkörper 2 sind
Außenblechzylinder 4 und 5 geschoben.
Da der von der Primärwicklung
benötigte Raum
nicht das gesamte Volumen der Verjüngung in dem Primärwickelköper 2 ausfüllt, verbleibt
zwischen der Primärwicklung
und dem Inneren der beiden Außenbleche 5 ein
Hohlraum 6. Dieser Hohlraum dient dazu, dass sich die Primärwicklung
bei hoher Strombelastung thermisch ausdehnen kann.
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Zur Hochspannungsisolierung ist am
unteren Teil des Primärwickelkörpers 2 ein
Gummüsolierteil 7 vorgesehen.
Dieses Gummüsolierteil 7 ist
ebenfalls hohlzylinderförmig
und besitzt eine Innenkontur, die der Außenkontur des Primärwickelkörpers 2 im
unteren Teil im Wesentlichen entspricht. Alternativ zu dem Gummüsolierteil 7 kann
ein Isolierteil aus einem beliebigen Elastomer oder einem anderen
elastischen Material verwendet werden.
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Das Gummüsolierteil 7 besitzt
in dem der Primärwicklung 3 zugewandten
Abschnitt ein Dichtprofil mit elastischen Vorsprüngen. Diese elastischen Vorsprünge drücken einerseits
radial nach innen gegen den Primärwickelkörper 2 und
andererseits nach außen
gegen den Blechmantel 5. Damit ist das Außenblech 5 gegen
den Wickelkörper 2 und
gleichzeitig auch der Hohlraum 6 gegenüber der Außenwelt abgedichtet. Alternativ
könnte
das Dichtprofil auch Teil des Primärwickelkörpers 2 sein. In diesem
Fall würden
die Vorsprünge
des Dichtprofils in das elastische Isolierteil 7 drücken und
ebenso eine Dichtwirkung erzielen (in der Figur nicht dargestellt).
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Zusätzlich zu der Abdichtung mit
Dichtprofil 8 kann ein Abdichten von Hohlräumen zwischen
dem Primärwickelkörper 2 und
dem inneren Außenblech 5 durch
Vergussmasse 9 erfolgen. Somit ist die angestrebte Dichtwirkung
gegen Feuchtigkeit, Schmutz, Reagenzien aller Art, die eine Korrosion
der Primärwicklung
hervorrufen kann, verbessert.
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In der linken Hälfte der Darstellung erfolgt
die Abdichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform nicht
mittels eines Dichtprofils, sondern mittels des Gummiisolierteils 7,
das zwischen das Innenblech 5 und den Primärwickelkörper 2 spielend
geschoben ist, und durch nachträgliches
Einfügen
von Verguss- oder Klebemasse 10 in den Hohlraum zwischen Gummüsolierteil 7,
Primärwickelkörper 2 und
Außenblech 5.
Bei dieser Ausführungsform
ragt der Primärwickelkörper 2 im
Bereich zwischen Primärwicklung 3 und
Gummüsolierteil 7 in
radialer Richtung unmittelbar an den Blechmantel 5.
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Auch bei dieser Variante kann eine
zusätzliche
Abdichtung der Primärwicklung 3 durchgeführt werden.
Sie besteht darin, auf die Primärwicklung 3 eine
Isolierfolie oder einen Schrumpfschlauch 11 aufzubringen.