DE1255990B

DE1255990B - Zuendspule zum Erzeugen elektrischer Funken und Schaltung mit einer solchen Spule

Info

Publication number: DE1255990B
Application number: DEB52473A
Authority: DE
Inventors: Max Baermann
Original assignee: Max Baermann GmbH
Current assignee: Max Baermann GmbH
Priority date: 1959-03-13
Filing date: 1959-03-13
Publication date: 1967-12-07
Also published as: GB914371A; US3209295A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02f

Deutsche Kl.: 46c3-29

Nummer: 1255 990

Aktenzeichen: B 52473 VIII c/46 c3

Anmeldetag: 13. März 1959

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft eine Zündspule zum Erzeugen elektrischer Funken durch periodisches Unterbrechen eines Gleichstromes, insbesondere für Brennkraftmaschinen, die aus einem weichmagnetischen, mittels in dem magnetischen Kreis angeordneter Dauermagneten mit einer geringen Permeabilität bis zur Sättigung vormagnetisierten Kern und aus auf diesem angeordneten Nieder- und Hochspannungswicklungen besteht.

Die bekannten, meist zylindrischen Zündspulen, wie sie insbesondere für Brennkraftmaschinen Verwendung finden, bestehen aus einem Kern aus lamellierten Eisenblechen mit einer auf diesem aufgebrachten Hochspannungs- und Niederspannungswicklung. Zur besseren Wärmeleitung ist im all- gemeinen die Niederspannungswicklung auf die Hochspannungswicklung aufgebracht. Weiterhin wird zur besseren Leitung des magnetischen Feldes über die Niederspannungswicklung ein Hohlzylinder aus lamelliertem Eisenblech geschoben. Der lameliierte Eisenkern einer solchen Spule besitzt einen Luftspalt, um ein schnelles Zusammenbrechen des magnetischen Feldes zu gewährleisten. Die Niederspannungswicklung wird im allgemeinen von einem Akkumulator aus mit Gleichstrom gespeist. Der zeitliche Aufbau des von dem Gleichstrom erzeugten magnetischen Feldes ist durch eine Zeitkonstante aus dem Verhältnis des elektrischen Widerstandes zu der Induktivität der Wicklung bestimmt.

Wird eine derartige Zündspule z. B. zur Zündung bei Benzinmotoren verwendet, so ist bei niedrigen Drehzahlen die Zeit zwischen zwei Zündungen größer, jedoch bei hohen Drehzahlen kleiner, so daß das magnetische Feld gegebenenfalls sich nicht vollständig aufbauen kann. Dieser Umstand kann bei hohen Drehzahlen dazu führen, daß der Zündfunke nicht die zur Zündung erforderliche Energie besitzt und die Zündungen teilweise aussetzen. Zur Behebung dieser Nachteile sind schon mannigfache Vorschläge gemacht worden, die alle darin gipfeln, den Kern durch einen elektrisch nicht oder schlecht leitenden Dauermagneten möglichst geringer Permeabilität so vorzumagnetisieren, daß die durch die Niederspannungswicklung im Kern erzeugte Flußrichtung der durch den Dauermagneten erzeugten Flußrichtung entgegengesetzt gerichtet ist.

So ist bereits eine Zündspule bekanntgeworden, bei welcher der magnetische Kern aus weichmagnetischen Ferriten mit kubischer Kristallstruktur besteht, wobei auf dem einen Schenkel die Hochspannungs- und Niederspannungswicklungen angeordnet sind, während der zweite Schenkel einen Luftspalt aufweist, Zündspule zum Erzeugen elektrischer Funken
und Schaltung mit einer solchen Spule

Anmelder:

Max Baermann, Bensberg-Wulfshof

Als Erfinder benannt:

Max Baermann, Bensberg-Wulfshof

in dem ein Dauermagnet mit geringer Permeabilität angeordnet ist. Dieser Dauermagnet ist in Richtung seiner kleinsten Abmessung magnetisiert und derart in den Luftspalt eingesetzt, daß seine Magnetisierungsrichtung der Richtung des von der Niederspannungswicklung erzeugten Magnetfeldes entgegengesetzt gerichtet ist. Diese Kernbauweise mit auf zwei verschiedenen Schenkeln angeordneten Spulen und Luftspalt bedingt jedoch eine verhältnismäßig große Bauweise und ist außerdem wegen des unvermeidbaren, durch lange Eisenwege bedingten hohen magnetischen Widerstandes sowie auch durch die daraus sich ergebende unvermeidbare Streuung magnetisch nicht so wirksam.

Bekannt ist ferner eine z. B. als Zündspule für eine Kraftwagenzündanlage dienende Vorrichtung mit einem mit mindestens einer Wicklung versehenen Kreis aus hochpermeablem ferromagnetischem Material, der mindestens einen Spalt enthält, in dem ein in der Richtung seiner kleinsten Abmessung magnetisierter Dauermagnet aus praktisch elektrisch nicht leitendem Material zur Erzeugung einer Vormagnetisierung angebracht ist. Aber auch bei dieser bekannten U-förmigen Anordnung des Magnetsystems sind lange Eisenwege vorhanden, denn der von dem Dauermagneten hervorgerufene Fluß muß erst eine Platte und dann den U-förmigen Kern durchdringen, ehe er in den auf zwei Schenkeln verteilten Spulen wirksam wird.

Die gleichen ungünstigen Magnetverhältnisse liegen bei einer anderen topfförmigen Ausführungsart der genannten Anordnung vor, denn der Topfkern besitzt im mittleren Teil des den Spulenkörper durchsetzenden Kernteiles keinen Dauermagneten, vielmehr ist dieser an einer Randseite angebracht. Bei dieser Anordnung kann aber überhaupt keine Symmetrie des Flusses und des Streuflusses erreicht werden. Eine solche Symmetrie ist jedoch zur Lösung der erfindungs-

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gemäßen Aufgabe außerordentlich bedeutsam, weil Die F i g. 1 bis 3 zeigen Ausführungsformen der

bei der plötzlichen Feldänderung die Spulenwindungen Erfindung.

gleichmäßig durchsetzt werden müssen, um in der In F i g. 1 ist eine Zündspule dargestellt sowie die

Sekundärwicklung eine hohe Sekundärspannung und zum Verständnis der Wirkung der Zündspule er-

damit kräftige Zündfunken zu erzeugen. 5 forderlichen Einzelheiten. Die Zündspule besteht aus

Die Nachteile der bekannten, vorzugsweise als einem ferromagnetischen Mantelkern mit einem mitt-Zündspule für Brennkraftmaschinen dienenden Vor- leren Schenkel 6, an dessen beiden stirnseitigen Enden richtungen werden nach der Erfindung dadurch ver- die Dauermagneten 5 und 7 angeordnet sind und die mieden, daß bei der eingangs erwähnten Zündspule die in F i g. 1 angegebene magnetische Polarität der Kern als Mantelkern ausgebildet ist, dessen mitt- io besitzen. Diese Dauermagneten liegen an den Mantellerer Schenkel die Wicklungen und unmittelbar an teilen 1 und 3 eines ferromagnetischen Rückschlußseinen beiden stirnseitigen Enden die Dauermagneten körpers, bestehend aus den Teilen 1 bis 4, unmittelträgt, und daß der Mittelschenkel in seinem die Spulen bar an. Auf dem mittleren Schenkel 6, der gegenüber tragenden mittleren Teil einen kleineren Querschnitt seinen Enden im mittleren Teil einen kleineren Querais die Dauermagneten und an seinen beiden stirn- 15 schnitt aufweist, ist die Hochspannungswicklung 8 seitigen Enden den gleichen Querschnitt wie die und auf dieser die Niederspannungswicklung 9 aufDauermagneten aufweist. Aus diesen Maßnahmen er- gebracht. Ein Ende der Hochspannungswicklung führt geben sich im Gegensatz zur bekannten Technik eine über die Leitung 10 zu einer hier nur symbolisch dar-Reihe von Vorteilen. gestellten Zündkerze 11, während das andere Ende 13

Zunächst ist der Eisenweg der kürzestmögliche, 20 der Hochspannungswicklung mit einem Ende der

da der ferromagnetische Teil des magnetischen Kreises, Niederspannungswicklung 9 über die Leitung 15 mit

der die Wicklung trägt, durch die Dauermagneten dem positiven Pol der Batterie 16 verbunden ist. Das

unmittelbar begrenzt ist. Kurze Eisenwege ergeben zweite Ende der Niederspannungswicklung ist über

aber geringe magnetische Widerstände, geringe Streu- die Leitung 12 an den Kontakt 18 geführt. Dieser

ung und geringe Hystereseverluste. Dadurch wird ein 25 Kontakt 18 wird durch eine auf der Achse 20 sitzende

besonders schnelles Zusammenbrechen des Primär- Nockenscheibe 19 betätigt. Im geschlossenen Zustand

feldes und ein plötzlicher Aufbau des durch die des Kontaktes 18 fließt ein Strom aus der Batterie 16

Dauermagneten erzeugten Gegenfeldes ermöglicht. über die Leitung 12, die Niederspannungswicklung 9

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der besonderen und über die Leitung 14 und 15 zur Batterie 16 zurück.

Ausbildung der Enden des die Wicklung tragenden 30 Der Windungssinn der Spule ist so gewählt, daß durch

Mittelschenkels, die dem Querschnitt der Dauer- den durchfließenden Gleichstrom ein Magnetfeld er-

magneten angepaßt sind, so daß eine vollständige zeugt wird, das entgegengesetzt zu dem von den

Ausnutzung des magnetischen Flusses gewährleistet Dauermagneten erzeugten Magnetfeld ist. Wird der

und unerwünschte Streuungen vermieden werden. Kontakt 18 bei Drehung des Nockens 19 geöffnet,

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist ferner 35 so wird der Gleichstrom unterbrochen, das von ihm

eine weitgehende Symmetrie in der Verteilung des erzeugte Feld bricht zusammen und wird sofort infolge

Flusses und des Streuflusses erreicht. der Anordnung der Dauermagneten 5 und 7 in ent-

Die Wirkungsweise der Erfindung ergibt sich auch gegengesetzter Richtung wiederaufgebaut. Durch diese

aus folgender Überlegung: Bei den Zündspulen ohne schnelle Flußänderung wird in der Hochspannungs-

Vormagnetisierung wurde in dem ferromagnetischen 40 wicklung 8 eine hohe Spannung induziert, die aus-

Kern durch den Gleichstrom der Niederspannungs- reicht, um einen Zündfunken in der Zündkerze 11 zu

wicklung ein magnetischer Fluß +0_t erzeugt. Bei erzeugen. Der Kondensator 17 verhindert die Ent-

einer Zündspule gemäß der Erfindung erzeugen die stehung von Funken beim Öffnen des Kontaktes 18.

Dauermagneten in dem ferromagnetischen Kreis den Die F i g. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der

Fluß — Φ₂ = ¹I^i- Wird durch den Gleichstrom in 45 in Fig. 1 in Vorderansicht gezeigten Zündspule,

dem ferromagnetischen Kreis der Fluß + Φ₂ = ¹A^i Die Hoch- und Niederspannungswicklungen sind in

erzeugt, so ist die Gesamtfiußänderung — Φ₂ bis +Φ₂ F i g. 2 nur durch die Windungen 28 angedeutet. Wie

gleich dem in den bekannten Zündspulen erzeugten aus dieser Figur zu ersehen ist, ist der mittlere

Fluß <Pj. Wird der Kern so dimensioniert, daß er in Schenkel 26 an den den Dauermagneten 25 bzw. 27

einer Zündspule der bekannten Art beim Fluß + Φι 5° zugewandten Enden der Form der Dauermagneten

und bei einer Zündspule nach der Erfindung beim angepaßt. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die

Fluß —Φ₂ bzw. + Φ₂ magnetisch gesättigt ist, so ist Dauermagneten 25 bzw. 27 derart dimensioniert

bei einer Zündspule gemäß der Erfindung nur der werden, daß durch das von dem Gleichstrom in der

halbe Querschnitt erforderlich, so daß das Gewicht Niederspannungswicklung erzeugte magnetische Feld

einer Zündspule sehr erheblich gesenkt werden kann. 55 keine Ummagnetisierung dieser Dauermagneten er-

Weiterhin sinkt durch den verminderten Kern- folgt. Es werden vorteilhaft elektrisch nicht leitende

querschnitt die mittlere Windungslänge der Wick- Dauermagneten mit einer Koerzitivfeldstärke iHc

lungen. Hierdurch verändert sich im günstigen Sinn > 750 Oe verwendet.

der ohmsche Widerstand und die anderen elektrischen Die F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel

Kennwerte der Spulen, so daß eine solche Zündspule 60 der Erfindung. Der ferromagnetische Mantel 46 ist

auch bei hohen Drehzahlen bzw. Primär-Strom- zylinderförmig und besteht vorteilhaft aus einem

Unterbrechungen einen Zündfunken mit zur sicheren gerollten Blechstreifen. Die Achse des mittleren

Zündung ausreichender Energie liefert. Schenkels 42 verläuft senkrecht zur Zylinderachse.

Zur Erreichung dieses Effekts ist es wesentlich, daß Die Enden des mittleren Schenkels 42 sind abgerundet, der durch den durch die Niederspannungswicklung 65 und zwischen mittlerem Schenkel und Mantel 46 sind fließende Strom maximal erzeugte magnetische Fluß dem Zylinder angepaßte Dauermagneten 41 und 43 den Kern in entgegengesetzter Richtung magnetisch mit der angegebenen magnetischen Polarität einsättigt, geschoben. Es kann jedoch vorteilhaft sein, den

Claims

Dauermagnetkörper aus herstellungsbedingten Gründen, wie gestrichelt dargestellt, zylinderförmig zu pressen und ihn nur an den dem mittleren Schenkel 42 zugewandten Stellen zu magnetisieren. Die Wicklungen sind durch die Windungen 45 mit den Zuleitungen 44 nur angedeutet. Auch ist es möglich, die Zylinderöffnungen durch Deckel zu verschließen, die jedoch gegenüber dem Mantel zur Vermeidung von Wirbelströmen elektrisch isoliert sein müssen. Der mittlere Schenkel 42 kann auch so angeordnet sein, daß seine Achse mit der Zylinderachse zusammenfällt. In diesem Fall sind die Dauermagneten scheibenförmig ausgebildet und zwischen den Enden des Mittelschenkels und stirnseitigen Verschlußteilen des Hohlzylinders angeordnet. Bei einer derartigen An-Ordnung muß jedoch z. B. durch Aufschlitzen des Zylinders und der beiden Deckel die Entstehung von Wirbelströmen verhindert werden. Der mittlere Schenkel und der ferromagnetische Mantel werden vorteilhaft in bekannter Weise aus einem eine Wirbelstrombildung verhindernden Material, beispielsweise aus lamelliertem Blech, hergestellt. Die Anwendung der Erfindung nicht nur auf Zündspulen für Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern sie kann auch vorteilhaft für jede Art von Hochspannungserzeugung, beispielsweise zur Erzeugung der erforderlichen Spannung für Gasentladungsröhren, mit Vorteil verwendet werden. Die Speisung derartiger Zündspulen kann sowohl mittelbar aus dem Wechselstromnetz als auch durch zerhackten Gleichstrom erfolgen. Patentansprüche:

1. Zündspule zum Erzeugen elektrischer Funken durch periodisches Unterbrechen eines Gleichstromes, insbesondere für Brennkraftmaschinen, die aus einem weichmagnetischen, mittels in dem magnetischen Kreis angeordneter Dauermagneten mit einer geringen Permeabilität bis zur Sättigung vormagnetisierten Kern und aus auf diesem angeordneten Nieder- und Hochspannungswicklungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern als Mantelkern ausgebildet ist, dessen mittlerer Schenkel die Wicklungen und unmittelbar an seinen beiden stirnseitigen Enden die Dauermagneten trägt, und daß der Mittelschenkel in seinem die Spulen tragenden mittleren Teil einen kleineren Querschnitt als die Dauermagneten und an seinen beiden stirnseitigen Enden den gleichen Querschnitt wie die Dauermagneten aufweist.

2. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Kerns aus einem die Spule umschließenden Hohlzylinder besteht.

3. Zündspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Mittelschenkels senkrecht zur Achse des Hohlzylinders verläuft und daß die Dauermagneten als Teile eines Hohlzylinders ausgebildet sind.

4. Zündspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Mittelschenkels mit der Achse des Hohlzylinders zusammenfällt und daß die Dauermagneten scheibenförmig ausgebildet sind und zwischen den Enden des Mittelschenkels und stirnseitigen Verschlußteilen des Hohlzylinders angeordnet sind.

5. Zündschaltung mit einer Zündspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den durch die Niederspannungswicklung fließenden Strom maximal erzeugte magnetische Fluß den Kern in entgegengesetzter Richtung magnetisch sättigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 314114;
französische Patentschriften Nr. 1058103,1165 686; französische Zusatzpatentschrift Nr. 66 586.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 707/135 11.67 O Bundesdruckerei Berlin