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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Zündspule
für Zündanlagen,
insbesondere eine Stabzündspule
für Brennkraftmaschinen,
mit mindestens einer Primärwicklung
und mindestens einer Sekundärwicklung,
wobei bei Stromfluss in der Primärwicklung
eine Hochspannung in der Sekundärwicklung
induziert wird. Ein ferromagnetischer Kern ist von der Primärwicklung
und der Sekundärwicklung teilweise
umschlossen und zusätzlich
wird eine der beiden Wicklungen von der anderen wenigstens teilweise
umgeben.
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Zündspulen
dieser Art sind üblicherweise
extrem volumen- und gewichtsminimiert gestaltet und werden vorwiegend
in Brennkraftmaschinen eingesetzt, bei denen jeder Brennkraftzylinder
mit einer eigenen Zündspule
ausgestattet ist und direkt ohne aufwändige Halteelemente auf der
Zündkerze
sitzt. Solche Zündspulen
werden auch als Einzelfunkenzündspulen
oder Stabzündspulen
bezeichnet und müssen
besonders rüttelfest
und temperaturbelastbar sein, da sie direkt mit dem Schwingungen
erzeugenden und aufgeheizten Motorblock Kontakt haben.
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Eine solche Einzelfunkenzündspule
weist neben der primären
und sekundären
Induktionsspule einen speziellen Magnetkreis auf und kann zudem ein
elektronisches Schaltelement beinhalten, beispielsweise eine Endstufe,
die mit den Induktionsspulen zu einer Einheit verbunden ist. Zwei
Steckverbinder, einer für
die Verbindung des Hochspannungsanschlusses zur Zündkerze
hin und ein in der Regel vierpoliger Steckverbinder für die Stromversorgung aus
dem Bordnetz und die Ansteuerleitung, vervollständigen eine solche Zündspule.
Die Ansteuerung der Zündsysteme
erfolgt durch die Motorelektronik, welche aus einer Vielzahl von
dynamischen Motorkenndaten den Zündzeitpunkt
bestimmt.
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Derartige Einzelfunken-Zündsysteme
besitzen gegenüber
einem Zündsystem,
das aus einer einzigen Zündspule
gespeist wird und nach dem Verteilerprinzip arbeitet, den Vorteil,
dass sämtliche Hochspannungsleitungen
einschließlich
des mechanischen Antriebs- und Verteileraufbaus, der im Betrieb
nachteilig einem Verschleiß sowie
der Ver unreinigung unterliegt, die den Zündzeitpunkt beeinflussen oder
die Zündleistung
beeinträchtigen,
entfallen können.
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Für
solche Zündspulen
gelten die im Folgenden erläuterten
physikalischen Wirkprinzipien der Energieübertragung. Dabei wird von
einer fremdbestromten Primärspule
und dem damit einhergehenden Aufbau eines Magnetfeldes, der bei
Primärstromunterbrechung
zu einer induktiven Übertragung auf
die Sekundärwicklung
führt,
ausgegangen.
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Der sekundäre Stromaufbau im Hochspannungsteil
erfolgt allein nach dem Induktionsprinzip aus der Magnetflussreduzierung,
die durch das Abschalten des Primärstroms und die damit einhergehende
Magnetflussänderung
hervorgerufen wird. Dieser Stromaufbau und die einsetzende Entladung verläuft jedoch
nicht kontinuierlich, sondern in vier Phasen, entsprechend der jeweils
dominierenden physikalischen Einflussgrößen. Dabei beginnt der Stromaufbau
aufgrund der Kapazität
der Sekundärwicklung
bereits vor der eigentlichen Entladung über die Zündkerzenelektroden unmittelbar
nach dem Einsetzen der primären
Stromabsenkung.
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Die erste Phase des sekundären Stromaufbaus
setzt verzögerungsfrei
beim Start der primären Stromabsenkung
ein. Dabei kommt es zu einer Ladungsverschiebung entsprechend der
Kapazität
der Sekundärwicklung
mit einhergehender Bildung entsprechender elektrischer Felder an
den Zündkerzenelektroden,
die dann den eigentlichen Stromdurchbruch bewirken. Für die Bildung
der für
den sekundären
Stromdurchbruch nötigen
elektrischen Felder ist eine erhebliche primäre Stromabsenkung erforderlich,
ausgehend vom Höchstwert
des Primärstroms. Sie
beträgt
ca. 30% mit einer Wirkdauer von 2 bis 5 μsec und wird mitbestimmt vom
Zündspulenkonzept und
dem elektronischen Schalter, der die Abschaltgeschwindigkeit des
Primärstroms
beeinflusst.
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Bei verlustfreier Betrachtung sowie
für einen offenen
Stromkreis gilt für
Induktions- und Selbstinduktionsvorgänge die Beziehung
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Die zweite Phase des sekundären Stromverlaufs
ist ein sprunghafter Anstieg ohmschen Charakters einhergehend mit
dem Stromdurchbruch. Er hat im Wesentlichen keine induktive Ursache,
vielmehr resultiert er aus der kapazitiven Entladung der in der ersten
Phase angestauten Ladung der Sekundärwicklung.
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In der dritten Phase des sekundären Stromanstiegs
dominieren reine Induktionsvorgänge,
wobei durch weitere Absenkung des Primärstroms und den dadurch bedingten
Anstieg des Sekundärstroms die
Magnetflussänderung
als Differenz der zugehörigen
Amperewindungen (Primärseite
sinkt, Sekundärseite
steigt) wirkt und dementsprechend verläuft der Anstieg des Sekundärstroms
flacher, obwohl die Absenkung des Primärstroms zu diesem Zeitpunkt
noch gleichbleibend verläuft.
Erst gegen Ende der primären
Stromabsenkung verflacht sich der Verlauf und der Anstieg des Sekundärstroms
erreicht in einem weichen Auslauf seinen Höchstwert. Das physikalische
Prinzip des sekundären
Stromanstiegs kommt dadurch zum Ausdruck, dass in jeder Phase des
Anstiegs immer maximal nur soviel sekundäre Amperewindungen sich einstellen
können,
wie zuvor primärseitig
an Amperewindungen induziert wurden, da als Energiegröße bei der
Induktion allein das Magnetfeld (ursprünglich erzeugt von der Primärwicklung)
auftritt und entsprechend dem Energieerhaltungssatz sich selbst
nicht vermehren kann, auch nicht mit noch so schneller Primärstromabsenkung.
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Somit gilt für die Phase des sekundären Stromanstiegs
folgender Zusammenhang mit der primären Stromabsenkung bei verlustfreier
Betrachtung: Nsekundär × dlsekundär ≤ Nprimär × dlprimär
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Dieses physikalische Prinzip wirkt
weitgehend unabhängig
von der Geschwindigkeit der primären
Schaltvorgänge,
sofern ausreichend Spannung induziert wird, um die ohmschen Widerstände zu überwinden.
Diese Abläufe
entstehen außerdem unabhängig vom
Vorhandensein eines Eisenkreises.
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Die vierte Phase des sekundären Stromverlaufs
stellt das magnetische Freilaufen des Eisenkreises dar, insbesondere
des magnetischen Spulenkerns, wobei die Gegeninduktion der Sekundärspule die
Wirkdauer des magnetischen Freilaufens maßgeblich bestimmt. Die Primärwicklung
ist in dieser Phase bereits stromlos und ein Einfluss auf die Sekundärseite wäre, sofern
wegen der Kleinheit nennenswert, nur über Kapazität möglich.
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Sämtliche
der bisher bekannten kleinvolumigen Zündspulen, wie sie beispielsweise
in der
DE 199 62 279
A1 , der
DE
199 27 820 C1 , der WO 99/36693, der
DE 199 50 566 A1 , der
EP 1 111 630 A2 oder
der
EP 0 959 481 A2 gezeigt
sind, sind im Betrieb der Gefahr einer Überhitzung ausgesetzt. Diese
resultiert aus der Eigenerwärmung
vor allem durch die beträchtliche
Strombelastung (15 Ampere) der Primärwicklung, aber auch durch
die Verlustleistung der Sekundärwicklung.
Hinzu kommt die thermische Belastung durch die relativ große Umgebungstemperatur
des Motorblocks (bis 125°C).
Der geringere Wärmewert
an kleinvolumigen Zündspulen
erschwert weiter die Erreichung eines vertretbar temperierten Gleichgewichtszustands
(maximal 160°C), vor
allem im Dauerbetrieb mit maximaler Zündfrequenz.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0 959 481 A2 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer kleinvolumigen Stabzündspule
bekannt, bei dem die Gefahr einer Überhitzung insbesondere der
elektronischen Endstufe herabgesetzt werden soll, wodurch auch bei
hohen thermischen Belastungen die Betriebssicherheit erreicht werden
soll. Dabei wird der Überhitzung
passiv vorgebeugt, indem man die einzelnen Wärmequellen mittels einer Trennlücke zu entkoppeln
versucht. Diese Lösung
bietet allerdings den Nachteil, dass der eigentlichen Entstehung
der unerwünschten
Wärme nicht
entgegengewirkt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht daher darin, eine verbesserte Zündspule für Zündanlagen, insbesondere eine
Stabzündspule
für Brennkraftmaschinen,
anzugeben, die eine erhöhte Betriebssicherheit
und Energieeffizienz sowie eine verringerte Gefahr der Überhitzung
im Betrieb gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Zündspule
für Zündanlage,
insbesondere eine Stabzündspule
für Brennkraftmaschinen
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, dass die hohe Wärmebelastung einer Zündspule
aktiv herabgesetzt werden kann, indem die einzelnen Wärmequellen
betrachtet und die elektrischen und magnetischen Verlustleistungen
an den Induktionsspulen herabgesetzt werden. Diese erfindungsgemäße Erhöhung des
Energieübertragungswirkungsgrades
wird durch eine Einschnürung
des Magnetfeldes in mindestens einem Abschnitt mit gegenüber der übrigen Wicklungsdichte
erhöhter
Wicklungsdichte erzielt, in welchem der Durchmesser der innersten
Windungen geringer ist als in den übrigen Wicklungsabschnitten.
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Durch eine vergleichsweise niedrige
Bestromung der Primärwicklung
wird die elektronische Endstufe außerdem thermisch wie auch elektrisch
entlastet und damit die Betriebssicherheit gesteigert. Darüber hinaus
bietet die erfindungsgemäße Ausführung der
Zündspule
den Vorteil einer Reduzierung des Bauvolumens um etwa 15% gegenüber den
derzeit bekannten und vergleichbaren Zündspulenkonzepten. So hat eine übliche Topfzündspule
beispielsweise ein Bauvolumen von mehr als 300 cm3 (Durchmesser
5,9 cm, Länge
11,5 cm). Die Stabzündspule in
der erfindungsgemäßen Ausführung kommt
einschließlich
des Hochspannungsanschlusses mit einem Volumen von etwa 30 cm3 aus (Durchmesser etwa 2,2 cm, Länge 8,2
cm).
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Schließlich bietet die erfindungsgemäße Lösung den
Vorteil, dass die Zündleistung
im gesamten Bereich der Arbeitstemperatur (–40°C bis maximal +180°C) nur verhältnismäßig geringen
Schwankungen unterliegt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
ist die Sekundärwicklung
gegenüber
der Primärwicklung
so angeordnet, dass jeweils ein Abschnitt mit erhöhter Wicklungsdichte
an der einen Wicklung mit einem Abschnitt übriger Wicklungsdichte an der
anderen Wicklung in axialer Richtung korrespondiert. Durch dieses
Durchdringen des Volumens der beiden Wicklungen kann die Energieübertragung
wesentlich verbessert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
sind Primärwicklung
und Sekundärwicklung
so angeordnet, dass die Primärwicklung
die Sekundärwicklung
umschließt,
und dass der Abschnitt mit erhöhter
Wicklungsdichte ein Anfangs- und/oder Endabschnitt der Primärwicklung
ist. Die Sekundärwicklung
ist in dem übrigen
Wicklungsabschnitt der Primärwicklung
angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass die hochohmige Sekundärwicklung
in Kernnähe angeordnet
ist und die niederohmige Primärwicklung, die
keine besondere Isolation benötigt,
außen
angeordnet ist. Dadurch kann ein besonders geringer Baudurchmesser
der Zündspule
erreicht werden. Grundsätzlich
lässt sich
bereits durch das Vorsehen nur eines Abschnitts mit erhöhter Wicklungsdichte und
verringertem Durchmesser der innersten Windungen ein den Wirkungsgrad
steigernder Effekt erzielen. Dabei wird dieser Bereich zweckmäßigerweise
aufgrund der Isolationsvorteile am hochspannungsabgewandten Endauslauf
der Primärwicklung vorgesehen.
Sieht man dagegen sowohl im Anfangs- wie auch im Endabschnitt der
Primärwicklung
einen solchen Bereich mit erhöhter
Wicklungsdichte und verringertem Durchmesser der innersten Windungen vor,
so hat dies den Vorteil, dass die Sekundärwicklung von drei Seiten magnetisch
umschlossen ist.
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Sieht man an der Sekundärwicklung
weiterhin eine Vorwicklung und/oder eine Endwicklung vor, die von
dem Anfangs- und/oder Endabschnitt der Primärwicklung umschlossen ist,
so kann das zur Verfügung
stehende Volumen in besonders effektiver Weise genutzt werden.
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Verwendet man anstelle der üblichen
Runddrahtwicklung eine Flachdrahtwicklung für mindestens eine der Wicklungen,
so kann die Stromdichte erhöht
und dadurch die Einschnürwirkung
auf das Magnetfeld weiter erhöht
werden. Der Einsatz von Flachdraht hat gegenüber einem Runddraht weiter den
Vorteil, dass eine größere Wickeldichte
erreichbar ist und somit die notwendige Windungszahl der Primärwicklung
niederohmiger herstellbar ist, ohne mehr Wickelvolumen zu benötigen. Das
großflächige Aneinanderliegen
der einzelnen Windungen aus Flachdraht ermöglicht außerdem einen weit besseren
Wärmefluss
nach außen
hin, als das bei einem Runddraht mit einer Linien- bzw. Punktberührung der Windungen
untereinander der Fall ist.
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Um das Magnetfeld optimal zu führen, kann die
Zündspule
weiterhin eine weichmagnetische Hülse aufweisen, welche die Wicklungen
und den Kern umschließt.
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Eine Segmentierung der Sekundärwicklung kann
für eine
Verbesserung der Spannungsfestigkeit vorgesehen sein.
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Zur Sicherstellung der Isolationsfestigkeit
zur Primärwicklung
hin bei gleichzeitiger Einhaltung geringster Volumenbelegung können die
Wickelhöhen dieser
sekundären
Segmentwicklungen kaskadenförmig
abnehmend in der Wickelhöhe
ausgeführt sein.
Entsprechend der ansteigenden Hochspannung von Segment zu Segment
werden die Wandstärken
der Isolation zur Primärwicklung
hin gesteigert.
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Des weiteren kann, wenn die Endausläufe der
Sekundärwicklung
in einem axialen Verlauf an die Stirnseiten der Induktionsspulen
herausgeführt
werden, der mindestens eine Abschnitt mit erhöhter Wicklungsdichte der Primärwicklung
exzentrisch mit Bezug auf den Kern und den übrigen Wicklungsbereich der
Primärwicklung
angeordnet sein.
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Sind dabei Anfangs- und Endbereich
der Primärwicklung
als Abschnitte mit erhöhter
Wicklungsdichte ausgeführt,
ist es vorteilhaft für
die magnetfeldeinschnürende
Wirkung, eine radial um 180° versetzte
Anordnung der Exzentrizität
zu wählen.
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Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungen wird die Erfindung im
Folgenden näher
erläutert. Ähnliche oder
korrespondierende Einzelheiten des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind mit denselben
Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 ein
Schnittbild einer erfindungsgemäßen Zündspule
gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 die
zeitlichen Stromverläufe
von Primärseite
und Sekundärseite
einer erfindungsgemäßen Zündspule
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Zündsystem;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung einer Flachdrahtwicklung im Vergleich
zu einer Runddrahtwicklung;
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4 eine
Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Zündspule gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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5 einen
Schnitt durch die Zündspule
der 4 entlang der Schnittlinie
A-A.
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Zündspule 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform.
Wie aus dieser schematischen Darstellung ersichtlich, besteht die
Zündspule 10 zu ca.
45% aus hochwirksamen Isoliermaterial 1, das meist aus
Kunststoff mit einer Durchschlagsfestigkeit von ca. 30 kV/mm gefertigt
wird und vor allem die hochspannungsführende Sekundärwicklung 5 von den übrigen Bestandteilen
elektrisch isoliert.
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Der Eisenkreis, der einen weichmagnetischen
Kern 2 mit hoher Sättigungsinduktion
und eine die äußere Hülle bildende
weichmagnetische Hülse 3 aufweist,
die beide annähernd
in der vollen Länge
der Zündspule 10 ausgeführt sind,
beansprucht ca. 25% des Bauvolumens. Die niederohmige Primärwicklung 4 belegt
ein Volumen von ca. 20% und ist damit vom Volumen her in der Regel
doppelt so groß wie
die hochohmige Sekundärwicklung 5 mit
ca. 10% Anteil am Gesamtvolumen.
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Weil zur Erreichung dieses relativ
kleinen Bauvolumens sämtliche
Bestandteile der Zündspule 10 in
der Dimensionierung stark beschränkt
sein müssen,
bleibt es nicht aus, dass der weichmagnetische Kern 1 eigentlich
eine Unterdimensionierung aufweist, die nur teilweise dadurch kompensiert
werden kann, dass der Eisenkreis an den Stirnseiten magnetisch offen
gestaltet ist. Dies hat zur Folge, dass bei der Bestromung einer
herkömmlichen
zylindrischen Primärspule
mit ihrem gleichbleibenden und wegen der notwendigen Isolation relativ
großen Durchmesser
ihrer innersten Wicklungen beträchtliche
magnetische Streuflüsse
auftreten, die nicht nur dem Nutzfluss verloren gehen, sondern darüber hinaus
diesen noch weiter schwächen,
da der Streufluss dem Nutzfluss bei der Primärstromabsenkung teilweise entgegenwirkt.
Der gesamte Innenraum der Primärspule
führt den
magnetischen Fluss, da der Eisenkern gänzlich in magnetische Sätti gung
getrieben werden muss, um die notwendige Induktion in Sekundärwicklung
sicherzustellen. Um den Magnetflussumsatz zu steigern, können an
den Stirnflächen
des weichmagnetischen Kerns gegenpolig zum Magnetfeld der Primärwicklung 4 Dauermagnete
angeordnet sein. Damit ist eine höhere Zündleistung erzielbar, die jedoch
nur mit entsprechender Steigerung des Primärstroms erreichbar ist, wodurch
eine erhöhte thermische
Belastung auftritt. Der magnetische Streufluss ist mit dieser Methode
nicht reduzierbar, im Gegenteil ist davon auszugehen, dass der magnetische
Streufluss vor allem an den Endausläufen der Primärwicklung 4 aufgrund
der entgegengesetzten Polung der Dauermagnete zum Primärmagnetfeld prozentual
steigt.
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Daher wird erfindungsgemäß der magnetische
Streufluss vor allem an der Primärwicklung
und insbesondere an deren Endausläufen dadurch reduziert, dass
die Endausläufe
der Primärwicklung 4 auf einer
Länge von
jeweils ca. 20% der Gesamtlänge der
Primärspule
auf mindestens die Hälfte
des Innendurchmessers im übrigen
Bereich verringert wird und gleichzeitig in diesen Anfangs- und
Endabschnitten 6a, 6b die magnetische Feldstärke durch
eine höhere Windungszahl
im Vergleich zu dem Mittelbereich der Primärspule 4 auf ca. das
Doppelte gesteigert wird. Dadurch kann der spezifische Magnetfluss
in diesen Abschnitten 6a, 6b in etwa verdoppelt
werden.
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Die Sekundärwicklung 5 wird erfindungsgemäß in dem
hohlraumbildenden Mittelbereich der Primärwicklung 4 angeordnet,
und ihre Anschlussenden 5c, 5d sind sicher in
dem Isoliermaterial 1 eingebettet und werden unterhalb
der einschnürenden
Windungen stirnseitig nach außen
herausgeführt.
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Ein den Wirkungsgrad steigernder
Effekt lässt
sich bereits durch eine nur einseitige Ausbildung eines Bereichs
mit geringerem Durchmesser und erhöhte Wicklungsdichte erzielen,
wobei dann der hochspannungsabgewandte Endauslauf 6b der Primärwicklung 4 wegen
der Isolationsvorteile zu bevorzugen ist.
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Das von der Primärwicklung 4 ausgehende Magnetfeld
teilt sich in einen Verlauf im weichmagnetischen Kern 2,
der den Hauptanteil bildet und einen Parallelverlauf, dessen Volumen
einerseits durch die innersten Windungen der Primärwicklung 4 und
andererseits durch die Oberfläche
des weichmagnetischen Kerns 2 begrenzt wird. Der Quer schnitt
dieses Parallelvolumens ist nicht zuletzt wegen der dicken Isolationswandungen
größer als
der Querschnitt des Kerns 2 und dementsprechend ist eine
erhebliche Leistungssteigerung durch die nahezu volle Nutzung auch
dieses Magnetfelds für
die Energieübertragung auf
die Sekundärwicklung 5 möglich. Durch
die magnetfeldeinschnürende
Wirkung und die aus der höheren
Windungszahl resultierende Steigerung der magnetischen Feldstärke kann
zum einen der magnetische Widerstand an den magnetisch offenen Enden des
Eisenkreises ausgeglichen werden und es kann erreicht werden, dass
das primäre
Magnetfeld die Sekundärwicklung 5 in
wesentlich größerem Maße zu durchdringen
vermag, um auch diesen Magnetfeldanteil bei der Energieübertragung
wirksam zu nutzen.
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In der gezeigten Ausführungsform
ist (ebenso wie in der zweiten Ausführungsform der 4 und 5)
die Sekundärwicklung 5 in
einzelne Segmente unterteilt, was üblicherweise aus Spannungsfestigkeitsgründen erforderlich
ist. Diese Segmentierung hat eine reduzierende Wirkung auf die Gegeninduktion bei
der sekundären
Stromentladung. Die Folge ist eine verkürzte Wirkdauer (Brenndauer)
der Stromentladung, die für
eine zuverlässige
Entflammung der brennbaren Gasmoleküle kritisch werden kann, vor
allem wenn ein inhomogenes Gasgemisch oder ein nicht ideales Mischungsverhältnis vorliegt,
wie dies beispielsweise in der Motorstartphase oder in einer Wechselphase
der Motorleistung der Fall sein kann.
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Daher ist, wie in 1 gezeigt, die Sekundärwicklung 5 mit einer
vergleichsweise geringen Anzahl von Segmenten (hier beispielhaft
fünf) ausgeführt und
diese dafür
in einer möglichst
großen
Wickelhöhe
gestaltet. Die Isolationsfestigkeit innerhalb eines Segmentes kann
durch eine geringere Wickelbreite eingehalten werden. Zur Sicherstellung
der Isolationsfestigkeit zur Primärwicklung hin bei Einhaltung
geringster Volumenbelegung werden die Wickelhöhen der sekundären Segmentwicklungen
kaskadenförmig
abnehmend in der Wickelhöhe
ausgeführt.
Entsprechend der ansteigenden Hochspannung von Segment zu Segment
werden die Wandstärken
der Isolation zur Primärwicklung 4 hin
gesteigert. Eine größere Wickelhöhe der sekundären Wicklungssegmente
steigert zudem auch die positive Wirkung des erfindungsgemäßen Prinzips
einer eingeschnürten
Primärwicklung
dadurch, dass auch die Ausführung
einer Primärwicklung
mit größeren Durchmesserunterschieden
zwischen dem Mittelbereich und dem Einschnürbereich möglich wird und die Sekundärwicklung
noch intensiver von drei Seiten durch die Primärwicklung 4 umschlossen
ist.
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In der 2 sind
die elektrischen Kenndaten einer mit den erfinderischen Merkmalen
gestalteten Zündspule
im Vergleich zu bekannten Zündsystemen gleicher
Kategorie als Stromdiagramm dargestellt. Dabei bedeuten die Kurven 11 uns 13 den
primärseitigen
und sekundärseitigen
Stromverlauf an einer herkömmlichen
Zündspule
und die Kurven 12 und 14 den primärseitigen
und sekundärseitigen
Stromverlauf an einer gemäß der vorliegenden
Erfindung gestalteten Zündspule.
Wie aus dem Diagramm erkennbar, entspricht der primäre Stromverlauf
charakteristisch dem sekundären
Stromverlauf mit dem Unterschied, dass der Primärstrom einen ansteigenden Verlauf,
der Sekundärstrom
dagegen zeitlich versetzt einen abfallenden Verlauf aufweist und
die dazugehörigen
Stromstärken
sich entsprechend dem Produkt aus Stromstärke und Windungszahl verhalten. Ansonsten
ist die Charakteristik der Stromverläufe exakt spiegelbildlich,
was aus dem gemeinsamen Magnetkreis resultiert.
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Eine weitere Steigerung der magnetfeldeinschnürenden Wirkung
der Abschnitte 6 mit erhöhter Wicklungsdichte und verringertem
Durchmesser erhält
man bei unveränderter
Beibehaltung der erforderlichen Isolationswandstärken, indem die Primärspule 4 als
Flachdrahtwicklung anstelle einer üblichen Runddrahtwicklung gestaltet
ist. Wie in 3 schematisch
dargestellt, ist die den Magnetfluss einschnürende Wirkung der Flachdrahtwicklung
beträchtlich,
insbesondere im Vergleich zu einem üblicherweise bei Primärwicklungen
verwendeten Runddrahtdurchmesser von ca. 0,7 mm. Setzt man beispielsweise
anstelle eines Runddrahtes mit einem Durchmesser von 0,7 mm einen
Flachdraht von ca. 0,3 mm Dicke und gleicher Querschnittsfläche wie dem
Runddraht ein, kann das Magnetfeld um etwa 15% eingeschnürt und der
Wirkungsgrad der Energieübertragung
in ähnlicher
Größenordnung
gesteigert werden. Dies ist vor allem auf die in dieser Anordnung
erhöhte
Stromdichte zurückzuführen. Wie aus 3 weiterhin erkennbar ist,
berühren
sich außerdem
die einzelnen Flachdrahtwindungen in einem wesentlich größeren Oberflächenbereich
und gewährleisten
dadurch eine bessere Wärmeabfuhr nach
außen.
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Die Größenordnung der das Magnetfeld
einschnürenden
Wirkung kann, wie in 4 gezeigt,
dadurch erweitert werden, dass die Endausläufe der Sekundärwicklung 5c und 5d auf
kürzestem
Wege in axialem Verlauf an die Stirnseiten der Zündspule 10 herausgeführt sind.
Somit sind die relativ starken Isolationswandlungen rund um den
Kern nicht mehr erforderlich, sondern es wird lediglich eine partielle
Isolierung im Bereich der Durchführungen
der sekundären
Anschlussenden 5c und 5d notwendig. Es entfällt also
an dem Kern 2 die massive Rundumausbildung der Isolation 3 in
einem weiten Bereich. In dieser Ausführungsform sind die einschnürenden Abschnitte 6a, 6b nicht
mehr konzentrisch zur Mittelachse des weichmagnetischen Kerns 2 und
dem übrigen
Mittelbereich der Primärwicklung 4 angeordnet.
Es ist jedoch ein bedeutender Anteil der Primärwindungen näher an den
Eisenkern herangeführt
als bei der Ausführungsform
der 1 und es kann damit
eine entsprechende Steigerung der magnetischen Einschnürwirkung
erzielt werden. Vorteilhaft für
die einschnürende
Wirkung ist die in 4 und
der zugehörigen
Schnittdarstellung der 5 gezeigte
radial um 180° zueinander
versetzte Anordnung der Exzentrizität der einschnürenden Abschnitte 6a, 6b der
Primärwicklung.
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Obwohl im Vorangegangenen nur zylindrische
Zündspulen
gezeigt wurden, ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich auf
jeden anderen Querschnitt, beispielsweise auf einen rechteckigen Querschnitt,
anwendbar. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung auch bei
anderen Übertragern, insbesondere
bei solchen mit einem verringerten Volumen des Eisenkreises, vorteilhaft
eingesetzt werden.
