DE10360338A1

DE10360338A1 - Zündspule für einen Ottomotor und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10360338A1
Application number: DE2003160338
Authority: DE
Inventors: Alfred Glatz; Klaus Lerchenmueller; Gary Toikka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2005-07-14
Also published as: JP2005183995A; FR2864686A1; ITMI20042406A1; FR2864686B1

Abstract

Es wird eine Zündspule (10) für einen Ottomotor mit einem Spulenkern (12) vorgeschlagen, über welchen mindestens eine Wickellage (14) einer ersten Drahtspule (16) aufgewickelt ist. Auf der ersten Drahtspule ist wiederum mindestens eine Wickellage (18) einer zweiten Drahtspule (20) angeordnet, wobei zwischen dem Spulenkern (12) und der ersten Drahtspule (16) ein Einbettungsmaterial (22) angeordnet ist. Das Einbettungsmaterial (22) ist an der Innenseite der ersten Drahtspule (16) aufgebracht und der Spulenkern (12) in die mit dem Einbettungsmaterial (22) versehene erste Drahtspule (16) eingeführt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Stabzündspule angegeben (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündspule für einen Ottomotor mit einem Spulenkern, über welchen mindestens eine Wickellage einer ersten Drahtspule aufgewickelt ist. Auf der ersten Drahtspule ist wiederum mindestens eine Wickellage einer zweiten Drahtspule aufgewickelt, wobei zwischen dem Spulenkern und der ersten Drahtspule ein Einbettungsmaterial angeordnet ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Zündspule für einen Ottomotor.

Eine Zündspule stellt eine energieübertragende Hochspannungsquelle dar und dient im Ottomotor zur Ansteuerung der Zündkerze, die ihrerseits das Kraftstoffgemisch im Brenn raum des Motors entzündet und so die Bewegung des Kolbens und damit der Kurbelwelle einleitet.

Eine Zündspule besteht im Prinzip aus zwei Wicklungen unterschiedlicher Windungszahlen, die – unterstützt von einem Eisenkern oder dergleichen Spulenkern – magnetisch miteinander gekoppelt sind. Dabei bezeichnet man die Wicklung mit der kleineren Windungszahl als Primärwicklung und die mit der höheren Windungszahl als Sekundärwicklung. Die Primärwicklung dient als Erregerwicklung und bezieht ihre Energie von der Autobatterie, wobei sie über einen elektronischen Schalter von der Motorsteuerung aus angesteuert wird.

In der Sekundärwicklung wird dann durch eine gezielte Unterbrechung im Primärkreis eine elektrische Hochspannung erzeugt, die an die Zündkerze weitergegeben wird und dort zu einem Funken führt.

Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind in der Regel konzentrisch übereinander angeordnet, wobei die Primärwicklung außen, die Sekundärwicklung innen liegen kann. Beide Wicklungen können auch mehrlagig mit entsprechenden Isolationslagen zwischen den einzelnen Wicklungslagen sowohl als Kammer-, als auch Schräglagen- oder Pilgerschrittwicklung ausgebildet sein.

Eine besondere Ausgestaltung einer Zündspule stellt eine Stabzündspule dar, die in direktem Kontakt zu einer innerhalb einer schmalen Ausnehmung im Motor angeordneten Zündkerze steht. Aus diesem Grund besitzen Stabzündspulen einen relativ kleinen Außendurchmesser von z. B. weniger als 24 mm. Außerdem sollen sie in einem Temperaturbereich von etwa –40°C bis 160°C zuverlässig funktionieren und typischerweise ein Spannungspotential von etwa 30 kV erzeugen. Um diesen Vorgaben gerecht zu werden, sind an die zu verwendenden Materialien hohe Anforderungen gestellt.

Üblicherweise ist der Eisenkern zu Isolationszwecken eingebettet, wobei herkömmlicher Weise ein Wärmeschrumpfschlauch aus einem wärmeschrumpfenden Thermoplast über den Eisenkern gezogen und mittels Wärmeeinwirkung aufgeschrumpft wird. Zusätzlich wird auch ein Harz verwendet, welches auch zur weiteren Isolation innerhalb der Zündspule Verwendung findet.

Nachteilhaft an dieser bekannten Art der Einbettung ist jedoch, dass unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien oder ein Versatz zwischen dem Wärmeschrumpfschlauch und dem Eisenkern in dem Harz zu mechanischen Spannungen führen. Aufgrund dieser machansichen Spannungen kommt es häufig dazu, dass der Kunststoff überbeansprucht wird und zum Bruch führt oder sich Risse innerhalb des Harzes ausbilden. Während diese Risse anfänglich nur sehr fein und für die Funktionen der Spule nicht bedeutsam sind, können sich die Risse aufgrund von Materialermüdung und Temperaturwechsel-Beanspruchung bis zur angrenzenden Sekundärspule ausweiten. Dies begünstigt eine unerwünschte teilweise elektrische Entladung und Materialerosion durch elektrische Entladung oder gar das Auftreten eines Kurzschlusses.

Da der Einbettungsspalt sehr schmal ist und beispielsweise eine Breite von weniger als 0,5 mm aufweist, wird aufgrund der Toleranzen eine gleichmäßige Ausbildung der Einbettung erschwert. Die Unsicherheit bei der innerhalb der Einbettung mittigen Ausrichtung des Eisenkerns führt zu Schwankungen in der Dicke der verwendeten gefüllten Vergussmasse und in der Homogenität des Füllstoffes. Folglich sind die Materialeigenschaften nicht über die gesamte Erstreckungsrichtung des Eisenkerns bzw. der Sekundärspule dieselben. Es entstehen folglich Bereiche unterschiedlicher thermischer und mechanischer Belastung, so dass eine Gefahr für die Ausbildung von Rissen begünstigt wird. Darüber hinaus ist ein homogenes Einbringen einer gefüllten Vergussmasse in den schmalen Einbettungsspalt oftmals schwer zu bewerkstelligen. Es kommt dabei leicht zur unerwünschten Ausbildung von Hohlräumen oder Blasen, die nachteilig für die Funktion der Spulen sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabzündspule für einen Ottomotor und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, welche bzw. welches eine homogene Einbettung des Eisenkerns in der Vergussmasse und eine relativ zur Sekundärwicklung mittige Ausrichtung desselben gewährleistet. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Zündspule fertigungstechnisch leicht herzustellen und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren leicht durchzuführen sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Zündspule nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer Zündspule nach Anspruch 5 gelöst. Die Unteransprüche betreffen jeweils vorteilhafte Weiterbildungen.

Vorteile der Erfindung

Demgemäss ist das Einbettungsmaterial an der Innenseite der ersten Drahtspule aufgebracht und der Spulenkern in die mit dem Einbettungsmaterial versehene erste Drahtspule eingeführt. Eine mittige Ausrichtung des Spulenkerns relativ zur ersten Drahtspule ist mit diesen Maßnahmen gewährleistet, da sich das Einbettungsmaterial an der Innenseite der ersten Drahtspule gleichmäßig aufbringen lässt.

Um eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung zu erreichen, kann das Einbettungsmaterial ein Silikon-Material oder dergleichen Elastomer, wie z. B. einen thermoplastischen Elastomer umfassen. Derartige Materialien gewährleisten auch ein gutes Haftvermögen an der ersten Drahtspule.

Indem sich das Einbettungsmaterial in flüssigem Zustand an der Innenseite der ersten Drahtwicklung aufbringen lässt, wird eine besonders leichte Herstellbarkeit der Zündspule in der Produktion erreicht.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Einbettungsmaterial an der Innenseite der ersten Drahtwicklung aufgespritzt sein. Dabei bedient man sich eines als Injection-Mold-Verfahren bezeichneten Niederdruck- oder Hochdruck-Verfahrens. Damit wird eine durchgängige elektrische Isolation ohne das Auftreten von Hohlräumen oder Blasen sichergestellt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Seitendarstellung und im Schnitt den Aufbau einer Stabzündspule; und
2 in schematischer Seitendarstellung und im Schnitt einen Teil der Stabzündspule.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1 zeigt in schematischer Seitendarstellung und im Schnitt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Zündspule 10 für einen Ottomotor. Über den Spulenkern 12, der z. B. als lamellierter Eisenkern ausgebildet ist, ist eine Wickellage 14 einer Sekundärspule 16 aufgewickelt. Alternativ kann die Sekundärspule 16 auch eine Mehrzahl von übereinander gewickelten Wickellagen aufweisen, die als Kammer- oder Schräglagenwicklung ausgeführt sein können.
Zwischen dem Spulenkern 12 und der Sekundärspule 16 ist ein Einbettungsmaterial 22 angeordnet. Das Einbettungsmaterial 22, das ein Silikon-Material oder dergleichen Elastomer, insbesondere einen thermoplastischen Elastomer, umfasst, ist an der Innenseite der ersten Drahtspule 16 aufgebracht. Da ein derartiges Isolationsmaterial in einem flüssigen Zustand verarbeitet werden kann, lässt sich das Einbettungsmaterial 22 bei entferntem Spulenkern 12 an der Innenseite der ersten Drahtwicklung 16 aufspritzen. Dabei wird ein so genanntes Injection-Mold-Verfahren angewendet. Das Einbettungsmaterial 22 verfestigt sich und bildet eine elastische Einbettung für den Spulenkern 12, der in die mit dem Einbettungsmaterial 22 versehene Sekundärspule 16 eingeführt wird.
Über der Sekundärspule ist wiederum eine Wickellage 18 der Primärspule 20 aufgewickelt. Auch die Primärspule 20 kann eine Mehrzahl von Wickellagen aufweisen. Zwischen der Primärspule 16 und der Sekundärspule 20 ist ein Isolationsharz, beispielsweise ein Epoxiharz 26 eingebracht, welches durch ein geeignetes Verfahren gehärtet wird.
Die gesamte Spulenanordnung, bestehend aus dem Spulenkern 12, der Sekundärspule 16 und der Primärspule 20 ist in ein stabförmiges Gehäuse 24 eingesetzt. Auch zwischen der Primärspule 20 und der Innenwandung des Gehäuses 24 ist ein Isolationsmaterial 28 eingebracht. Wie in der 1 nur angedeutet, sind auch die notwendigen elektrischen Kontaktierungen 30 angebracht.
Die 2 zeigt in schematischer Seitendarstellung und im Schnitt einen Teil der Stabzündspule 10 für einen Ottomotor. Insbesondere wird aus der 2 deutlich, wie der Spulenkern 12 in die an ihrer Innenwandung mit einer dünnen Beschichtung 22 aus einem Elastomer versehene Sekundärspule 16 eingeführt werden kann.
In einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kann die mit dem Einbettungsmaterial versehene Sekundärspule beim Einschieben des Spulenkerns bereits mit der darüber liegenden Primärspule versehen sein.
Der Eisenkern kann grundsätzlich mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren in ein Elastomer eingebettet werden, wobei sowohl flüssige Materialien als auch feste, beispielsweise röhrenförmige Materialeinlagen verwendet werden können.
Der Eisenkern kann zusätzlich mit weiteren Elementen, wie z. B. an einem oder beiden Stirnseiten aufgesetzten Magneten oder zusätzlichen axialen Pufferelementen oder Abdeckscheiben vormontiert sein.

Claims

Zündspule (10) für einen Ottomotor mit einem Spulenkern (12), über welchen mindestens eine Wickellage (14) einer ersten Drahtspule (16) aufgewickelt ist, auf welcher wiederum mindestens eine Wickellage (18) einer zweiten Drahtspule (20) angeordnet ist, wobei zwischen dem Spulenkern (12) und der ersten Drahtspule (16) ein Einbettungsmaterial (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungsmaterial (22) an der Innenseite der ersten Drahtspule (16) aufgebracht ist und der Spulenkern (12) in die mit dem Einbettungsmaterial (22) versehene erste Drahtspule (16) eingeführt ist.
Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungsmaterial (22) ein Silikon-Material oder dergleichen Elastomer, insbesondere einen thermoplastischen Elastomer, umfasst.
Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungsmaterial (22) in flüssigem Zu stand aufbringbar ist.
Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungsmaterial (22) aufspritzbar (injection molded) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Zündspule (10) für einen Ottomotor, mit folgenden Verfahrensschritten: – Aufbringen eines Einbettungsmaterials (22) an der Innenseite der ersten Drahtspule (16); – Wickeln einer ersten Drahtspule (16) mit mindestens einer Wickellage (14); – Einführen des Spulenkerns (12) in die mit dem Einbettungsmaterial (22) versehene erste Drahtspule (16); – Aufwickeln einer zweiten Drahtspule (20) mit mindestens einer Wickellage (18) über der ersten Drahtspule (16); und – Anbringen von elektrischen Kontaktierungen (30) an der Anordnung bestehend aus Spulenkern (12), erster Drahtspule (16) und zweiter Drahtspule (20).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder bei dem Anbringen der elektrischen Kontaktierungen (30) die Anordnung bestehend aus Spulenkern (12), erster Drahtspule (16) und zweiter Drahtspule (20) in ein Gehäuse (24) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Drahtspule (16) und der zweiten Drahtspule (20) ein Isolationsmaterial (26) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Drahtspule (20) und der Innenwandung des Gehäuses (24) ein Isolationsmaterial (28) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drahtspule auf ein Gehäuse aufgebracht wird, welches gleichzeitig als Wickelkörper ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Wickelns der ersten Drahtspule (16) das Aufbringen des Isolationsmaterials (26) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Wickelns der zweiten Drahtspule (20) das Aufbringen des Isolationsmaterials (28) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Einbettungsmaterial (22) ein Silikon-Material oder dergleichen Elastomer, insbesondere ein thermoplastischer Elastomer, aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungsmaterial (22) in flüssigem Zustand aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungsmaterial (22) aufgespritzt (injection molded) wird.