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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf Zündspulen für Verbrennungsmotoren
und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
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Ausgangspunkt und die Erfindung
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Die
Erfindung ergab sich bei Entwicklungsbemühungen zu Zündsystemen für Bootsmotoren, bei
denen Zündenergie über eine
Zündkerze
hinweg entladen wird, um ausreichende Zündenergie vorzusehen, um eine
verbrennbare Mischung in einem Zylinder zu zünden. Die Erfindung ergab sich
insbesondere in Verbindung mit Bemühungen, die Produktionsqualität und Betriebslebenszeit
von papiergewickelten Zündspulen
zu verbessern, die in einem elektrisch isolierten Gehäuse aus
einem thermisch aushärtenden
Polymerverbundmaterial eingekapselt sind.
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Die
papiergewickelten Zündspulen
weisen typischerweise eine Primärwicklung
und eine Sekundärwicklung
auf, die in einem elektrisch isolierten (dielektrischen Gehäuse) imprägniert sind,
das aus einem Einkapselungsverbundmaterial hergestellt ist, das
normalerweise feste Additive wie z. B. Sandfüllmaterial aufweist. In der
Vergangenheit wurden Papierstreifen mit elektrischer Qualität wie z.
B. Packpapier verwendet, um die Lagen von Drahtwicklungen in den
Primär-
und Sekundärwicklungen
zu trennen. Untersuchungen haben ergeben, daß die Papiertrenner in den
Sekundärwicklungen
dazu neigen, die Sandfüllmaterialien
oder andere feste Additive während
des Herstellungsvorgangs zu filtern, wodurch Füllmaterialdämme in dem Gehäuse erzeugt
wurden, sowie Variationen der einkapselnden Polymerkomposition bzw.
Zusammensetzung. Die Variationen der Polymerkomposition hat Diskontinuitäten der
dielektrischen Konstante über
das Gehäuse
hinweg zur Folge. Vielleicht noch wichtiger haben diese Variationen der
Zusammensetzung eine ungleichförmige Schrumpfungsrate
beim Aushärten
des Gehäusematerials
während
des Herstellungsvorgangs zur Folge sowie ungleichförmige Wärmeausdehnungscharakteristika
des hergestellten Gehäuses.
Diese Unterschiede bei der Schrumpfungsrate und beim Wärmeausdehnungskoeffizienten
bewirken, daß das
Gehäuse
bricht bzw. Risse bildet oder auf andere Weise zerstört wird.
Dies kann sowohl während
der Herstellung als auch danach auftreten, wodurch potentiell die
Spannungsausgangsgröße der Spule
reduziert wird oder im schlimmsten Fall die Spule ausfällt. Testbeobachtungen
zeigen auch, daß die
Absorptions-/oder Adsorptionscharakteristika des aus Papier bestehenden
Drahttrenners die chemischen Eigenschaften des Einkapselungsverbundmaterials
innerhalb der Wicklungen verändert,
was zusätzliche
dielektrische Unterbrechungen bzw. Schwankungen zur Folge hat.
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Die
Erfindung sieht eine Zündspule
und ein Verfahren zur Herstellung derselben vor, die nicht filternde/nicht
entmischende Sekundärwicklungedrahttrenner
anstelle von Papiertrennern verwendet. Die bevorzugten Sekundärwicklungstrenner
sind Streifen eines Nylongitters (aus massiven Fasern oder Fäden) mit
einer Gittergröße von ungefähr 0,050
Zoll (1 Zoll = 2,54 cm). Andere Arten von nicht filternden/nicht
entmischenden Trennern wie z. B. ein nicht entmischender Polyesterstoff
bzw. -gewebe oder Streifen mit geschlossenen Zellen wird auch als
innerhalb des Umfangs der Anmeldung liegend angesehen. Die Verwendung
eines nicht filternden Sekundärwicklungstrenners
beseitigt das Problem der Füllmaterialeindämmung bzw.
Dammbildung und führt dazu,
daß die
Zusammensetzung über
das Gehäuse hinweg
im wesentlichen homogen ist. Da die Zusammensetzung des Gehäuses im
wesentlichen homogen ist, sind die dieelektrischen, Schrumpfungsraten und
Wärmeausdehnungscharakte ristika
im allgemeinen über
das Gehäuse
hinweg dieselben und viele der oben beschriebenen Probleme werden
beseitigt.
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Ein
weiterer Vorteil von Nylon oder anderen Materialien aus massiven
Fasern oder Fäden
ist, daß der
Nylontrenner nicht die chemischen Eigenschaften des Einkapselungsverbundmaterials
durch Absorption und/oder Adsorption verändert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen die 1–6b den
Stand der Technik und 7–8 Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Im Einzelnen zeigt:
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1 ein
Schaltungsdiagramm, das ein typisches Kondensatorentladungszündsystem
für einen Verbrennungsmotor
zeigt;
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2 eine
Seitenansicht einer papiergewickelten Zündspule, die typischerweise
in Verbrennungsmotorzündsystemen
verwendet wird;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2;
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4 eine
Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in 3;
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5a eine
schematische Zeichnung, die einen Herstellungsvorgang für papiergewickelte
Zündspulen
darstellt;
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5b eine
schematische Ansicht von Sekundärwicklungen
in einer papiergewickelten Zündspule,
die die Lagen von Sekundärwicklungen
zeigt, die durch Papierstreifen getrennt sind;
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6a eine
schematische Zeichnung eines Querschnitts einer papiergewickelten
Zündspule,
die typische Arten von Brüchen
oder Rissen in dem Spulengehäuse
zeigt;
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6b eine
detaillierte Zeichnung des durch die Linien 6b-6b in 6a gezeigten
Bereichs;
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7a eine
schematische Zeichnung eines Spulenquerschnitts einer Zündspule
mit Sekundärwicklungstrennern
aus Nylongitter oder Gewebe mit massiven Fasern oder Fäden gemäß der Erfindung;
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7b eine
detaillierte Ansicht des durch die Linie 7b-7b in 7a gezeigten
Bereichs;
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8 eine
schematische Ansicht eines Herstellungschritts des Wickelns einer
Sekundärwicklung
mit Nylongitter.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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Stand der Technik
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1 zeigt
ein Kondensatorentladungszündsystem
10 für einen
Verbrennungsmotor einer Wechselstromgeneratorstatorspule
12,
die durch die Drehung des Motors erregt wird zum Aufbauen einer Spannung,
einem Kondensator
14, der durch eine Diode
16 durch
Spannung von der Statorspule
12 aufgeladen wird, und einem
Halbleiterschalter
18 zum Entladen des Kondensators
14 ansprechend
auf ein Auslösesignal
bei
20, wie es in der Technik Standard ist. Für Einzelheiten
wird auf die
US-Patente Nr. 3 273
099 ;
3302 130 ;
3 448 423 ;
3 542 007 ;
3 549 944 ;
3 556 069 ;
3 566 188 ;
3 612 948 ;
3 675 077 ,
5 146 905 verwiesen. Die Diode
16 verhindert
eine Entladung des Kondensators
14 zurück durch die Wechselstromgeneratorstatorspule
12,
wenn die Spule
12 keine positive Spannung aufbaut.
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Die
Zündspule 22 besitzt
einen magnetisch permeablen Ferritkern 24 (1, 2, 3 und 4).
Der Kern 24 besitzt eine sich axial erstreckende Kernstange 26,
die sich entlang der Achse 28 erstreckt, eine Primärwicklung 30,
die um die Kernstange 26 gewickelt ist und durch die Entladung des Kondensators 14 durch
den Halbleiterschalter 18 erregt wird, und eine Sekundärwicklung 32.
Der Kern 24 umfaßt
eine äußere Jochstruktur
zur Bildung eines Rückkehrpfades
für magnetischen
Kraftfluß,
die durch ein Paar von Armen 36 und 38 (4)
vorgesehen wird, und zwar an den axialen Enden der Kernstange 26 und
die sich radial davon erstrecken und durch eine Jochstange 40 verbunden
sind. Die Zündkerze 42 (1)
wird durch die Sekundärwicklung 32 erregt.
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Die
Primärwicklung 30 und
die Sekundärwicklung 32 sind
koaxial zueinander und sind in einem formgegossenen Gehäuse 44 eingebettet,
das durch Gießen
eines elektrisch isolierenden Polymereinkapselungsverbundmaterials
wie z. B. einem Epoxidharz hergestellt ist. Eine elektrisch leitende
Anschlußbuchse
oder ein Hochspannungsanschluß 46 ist
mit der Sekundärwicklung 32 ausgerichtet
und mit einem eingebetteten Draht 48 verbunden. Ein Schrumpfrohr 49 wird
verwendet, um eine Stiftentfernung nach dem Formgießen zu erlauben.
Ein Anschlußstecker 50 ist über einen
eingebetteten Draht 52 mit der Primärwicklung 30 verbunden.
Das negative oder geerdete Ende der Primärwicklung 30 ist mit dem
negativen oder geerdeten Ende der Sekundärwicklung 32 verbunden,
wie schematisch in 1 dargestellt ist, und zwar
an dem Knotenpunkt 54. Ein eingebetteter Erdungsdraht 56 verbindet
den Knotenpunkt 54 mit einem negativen Anschluß 58 (2).
Eine Erdungslasche 60 verbindet elektrisch den negativen
Anschluß 58 mit
den Kern 24.
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Der
Kern 24 ist ein zweiteiliges Glied 24a und 24b.
Das Kernstück 24a weist
eine Kernstange 26a, einen Endarm 38 und ein Verbindungsjoch 40a auf. Das
Kernstück 24b weist
eine Kernstange 26b, einen Endarm 36 und ein Verbindungsjoch 40b auf.
Nach dem Formen werden die Kernstücke 24a und 24b in die
Spule 26 gesteckt und zwar einzeln von jedem gegenüberliegenden
axialen Ende her und an ihren Platz in dem Epoxidharzgehäuse 44 eingebettet.
Der magnetische Kraftflußpfad
geht von der Kernstange 26a zur Kernstange 26b zum
Arm 36, zum Verbindungsjoch 40b, zum Verbindungsjoch 40a zum
Arm 38 und zurück
zur Kernstange 26a. Der zusammengesetzte Kern wird mit
einem elektrisch isolierenden Mantel 62, der vorzugsweise
aus Gummi hergestellt ist, abgedeckt (2).
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5a ist
ein Flußdiagramm,
das einen typischen Herstellungsvorgang 64 für Zündspulen
wie z. B. die in den 1–4 gezeigte
Zündspule 22 beschreibt.
Der erste Schritt des Vorgangs, der durch den Block 66 dargestellt
ist, umfaßt
das Wickeln der Primärwicklung 30 und
das Wickeln der Sekundärwicklung 32.
Die Primärwicklung
besteht aus einem isolierten 0,03589 Zoll Kupferdraht (19 Gauge),
der um eine Kartonspindel bzw. einen Spulenkern 31 (6a)
mit einem 0,625 Zoll Außendurchmesser gewikkelt
ist. Die Primärwicklung
sollte aus ungefähr 13 Windungen
bestehen. Die Primärwicklung 30 ist typischerweise
mit einem Klebeband 31 am Spulenkern 26 befestigt. 5b ist
eine schematische Zeichnung, die eine typische Anordnung 68 beim
Wickeln einer trapezförmigen
Sekundärwicklung 32 darstellt.
Die Sekundärwicklung 32 wird
typischerweise hergestellt durch Wickeln eines isolierten 0,0025 Zoll
Kupferdrahtes (42 Gauge) um eine Spindel bzw. einen Spulenkern 69 aus
Karton mit einem 0,781 Zoll Außendurchmesser.
Die Dicke des Drahtes (42 Gauge), der normalerweise für die Sekundärwicklung 32 verwendet
wird, beträgt
0,0025 Zoll für
den Leiter und 0,0035 Zoll einschließlich der Isolierung. Um die
Sekundärwicklung 32 zu
wickeln werden drei Windungen 70 des Drahtes (42 Gauge)
um den Spulenkern 69 gewickelt. Ein Streifen elektrisch
isolierendes Packpapier 72 mit elektrischer Qualität mit einer
Breite von 4 Zoll wird um den Spulenkern 69 und die ersten
drei Windungen 70 gewickelt. Das Packpapier 72 ist
typischerweise 0,005 Zoll dick. Ein weiterer Streifen Papier 74 eines
elektrisch isolierenden Papiers mit einer Dicke von 0,005 Zoll und
einer Breite von 3,25 Zoll wird dann um den Spulenkern 69 und
das Packpapierflächenelement 72 gewickelt.
Dann werden 100 Windungen des Drahts 76 (42 Gauge) um den
Streifen aus isolierendem Papier 74 gewickelt und zwar
in dem Bereich von 0,44 Zoll um eine erste Lage 76 der
Sekundärwicklung 32 zu
erzeugen. Eine zweite Lage von isolierendem Papier 78 wird
um die erste Lage aus Draht 76 gebracht. Eine zweite Lage von
Draht 80 mit 98 Windungen wird um den isolierenden
Papiertrenner 78 gewickelt. Der Sekundärwicklungsvorgang fährt in dieser
Art und Weise fort, wobei jede Lage von Wicklungen durch einen isolierenden
Papiertrenner getrennt wird. Die 25te Lage der Sekundärwicklung 82 weist 52 Windungen
auf. Zwei Lagen von isolierendem Papier 84 trennen die 25te
Drahtlage 82 von der 26ten Drahtlage 86. Die 26te
Drahtlage weist 50 Windungen auf. In gleicher Weise ist
die 27te Drahtlage 88 von der 26ten Lage 86 durch
zwei Lagen aus isolierendem Papier 90 getrennt. Zwei weitere
Lagen Papier 92 sind um die 27te Lage 88 gewickelt
und eine Lage von Schutz- oder Stoßwicklungen 94 mit
vier Windungen wird um die Papierflächenelemente 92 gewickelt.
Die Stoßwindungen 94 erhöhen den
magnetischen Kraftfluß der
trapezförmigen
Sekundärspule.
Die trapezförmige
Sekundärwicklung
wird dann mit einer Schutzschicht aus Packpapier 96 eingewickelt.
Elektrisch isolierendes Klebeband sichert die äußere Papierschicht 96 um
die Sekundärspule 32 herum.
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Gemäß 5a werden
die Primärwicklung und
die Sekundärwicklung
zusammen mit anderen internen Teilen der Zündspule zusammengebaut und zusammengelötet, und
zwar im Block 98. Insbesondere sind die Primärspule 30 und
die Sekundärspule 32 in
einer axialen Konfiguration (3 und 4) angeordnet
und die Anschlüsse
bzw. Anschlußstecker 50, 58 und
die Anschlußbuchse 46 werden
angelötet
oder auf andere Weise an den Enden der Wicklungen befestigt, wie
in 3 und 4 gezeigt ist. Die zusammengesetzten
internen Teile der Zündspule 22 werden
dann in einer Metallgußform
plaziert. Die Metallgußform
und die internen Teile werden dann im Block 100 in einem
Ofen vorgeheizt. Das Vorheizen 100 wird normalerweise bei 104,4–107,2°C (220–225°F) für eine Dauer
von ungefähr
zwei Stunden durchgeführt.
Die Hauptzwecke des Vorheizens liegen im Entfernen übermäßiger Feuchtigkeit
und weiterer Verunreinigungen aus der Form und den internen Teilen
und im Anheben der Temperatur der Form und der internen Teile für eine Vakuumeinkapselung
im Block 102.
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Der
Schritt der Vakuumeinkapselung 102 umfaßt das Mischen von Teil A und
Teil B eines thermischaushärtenden
Verbundmaterials und das Gießen
des gemischten Verbundmaterials in die Gußform und zwar unter Vakuumbedingungen.
Das bevorzugte Guß-
oder Einkapselungsverbundmaterial (d. h. das gemischte, thermisch
aushärtende
Verbundmaterial) ist ein Epoxidharz wie z. B. ein Anhydrid. Anhydride
weisen eine ausreichende dielektrische Größe auf, um die Anforderungen
der Sekundärwicklung 32 zu
erfüllen.
Das Einkapselungsverbundmaterial umfaßt normalerweise Sandfüllmaterialien
wie z. B. Aluminiumoxid bzw. Tonerde, Talk, oder Silika oder manchmal
Tonfüller.
Das gemischte Einkapselungsverbundmaterial wird mit einer Temperatur
von 82,2°C
bis 87,7°C
(180° Fahrenheit
bis 190°)
Fahrenheit und einem Druck von 0,5 Torr (d. h. ziemlich nahe am
vollständigen
Vakuum) in die Gußform
gegossen. Um zu erlauben, daß flüchtige Bestandteile
entweichen, werden die Gußform
und die internen Bauteile der Vakuumumgebung von 0,5 Torr für 1 Minute
ausgesetzt bevor das gemischte Einkapselungsverbundmaterial eingegossen
wird.
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In
der Technik wurden andere Arten von thermisch aushärtenden
Einkapselungsverbundmaterialien neben Epoxidharzen verwendet, wie
z. B. Urethane oder Polybutadiene.
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Die
mit dem flüssigem
Einkapselungsverbundmaterial gefüllte
Gußform
wird wärmebehandelt,
um die Vernetzungsdichte zu erhöhen
und das Einkapselungsverbundmaterial zu verfestigen.
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Es
wird normalerweise bevorzugt, daß bei der Wärmebehandlung zwischen 104,4°C und 107,7°C (220°F und 250°F) Ofentemperatur
erreicht wird, was nicht die exotherme Energie des Aushärtungsvorgangs
umfaßt.
Der Aushärtungsvorgang
benötigt
normalerweise ungefähr
zwei Stunden. Während
des Wärmeaushärtungsschritts
im Block 104 schrumpft das Einkapselungsverbundmaterial.
Daher ist es normalerweise wichtig abhängig von dem Einkapselungsverbundmaterial
die Gußform
so aufzubauen, daß das
Gehäuse 44 beim
Aushärten
nicht bricht. Nach dem Warmeaushärten 104 wird
die Gußform
gekühlt
und dann das geformten Gehäuse 44 herausgenommen
und zwar im Block 106. Der schlußendliche Zusammenbau wie z.
B. das Enfernen überschüssiger Teile
des Gehäuses 44,
die für
den Formvorgang benötigt
wurden und das Zusammenbauen des Kerns 24 des Erdungsansatzes 60 und des
Isoliermantels 62 an die Spule wird dann ausgeführt.
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6a zeigt
unterschiedliche Arten von potentiellen Ausfällen, die mit papiergewickelten
Zündspulen 22 assoziiert
sind, die durch den oben beschriebenen Vorgang hergestellt sind.
Ein Typ eines solchen Fehlers ist ein horizontaler Bruch bzw. Riß 108 entlang
der oberen Kante des Papiers 96. Der Grund für diesen
Typ Fehler 108 ist, daß die
obere Papierlage 96, die typischerweise ein Schutzpapier (z.
B. Öl-
oder Zwiebelhautpapier) nicht das Einkapselungsverbundmaterial absorbiert
und keine effektive Bindung des Einkapselungsverbundmaterials mit der
oberen Papierschicht 96 ermöglicht.
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Die
verdunkelten Bereiche 112 stellen Füllmaterialdämme (d. h. Volumen mit höherem Füllmaterialgehalt)
dar. Die Füllmaterialdämme 112 treten
auf, da Papier zellförmig
ist und der Füllmaterialsand nicht
durch die enggelegten Papierlagen in der Sekundärwicklung 32 hindurchtreten
kann. Füllmaterialdämme treten
nicht entlang der oberen Papierlage 96 auf, da das Einkapselungsverbundmaterial
nicht in erheblichem Maß durch
die Lage 96 durchdringt. Die Füllmaterialdämme in den Bereichen 112 können erheblich
sein. Zum Beispiel wären
bei einem Einkapselungsverbundmaterial mit 50 Gewichtsprozent Füllmaterial
wahrscheinlich 75% des Füllmaterials
in den Füllmaterialdammbereichen 112 und
wenig oder überhaupt
kein Füllmaterial
wäre innerhalb
der Papierlagen 114 der Sekundärwicklung 32.
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Die
Füllmaterialdämme können Probleme darstellen
infolge der Variation der Zusammensetzung. Die Füllmaterialdämme 112 schrumpfen
weniger als der Rest des Gehäuses 44 während des
Abkühlens
nach dem Wärmeaushärten. Zum
Beispiel würde
eine typische Schrumpfrate für
Einkapselungsverbundmaterial mit 50% Füllmaterial von der exothermen
Spitzenaushärtungstemperatur
zu einer Umgebungstemperatur von 22,2°C (72°F) typischerweise bei 0,0153
Zoll pro Zoll Material betragen. In dem Bereich des Füllmaterialdamms 112 mit
75% Füllmaterial
würde die
Schrumpfungsrate typischerweise bei 0,010 Zoll pro Zoll unter denselben
Bedingungen betragen. Für
reines oder nahezu reines Polymer 114, das innerhalb der
Papierlagen in der Sekundärwicklung 32 angeordnet
ist, wäre
eine typische Schrumpfrate 0,023 Zoll pro Zoll.
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Das
Bezugszeichen 110 zeigt vertikale Rückströmungsrisse oder Brüche entlang
der Kante der Sekundärwicklung 32,
die sich während
des Wärmeaushärtens bilden
und die wieder aufgefüllt
werden bevor das Aushärten
beendet ist.
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Während des
Aushärtungsvorgangs
bewirken die Unterschiede der Schrumpfraten die vertikalen Rückströmungsbrüche oder
Risse 110 (die typischerweise mit reinem Polymer wieder
gefüllt
werden) und auch andere Brüche
oder Risse wie z. B. den Bruch oder Riss 116, der von der
Ecke des Füllmaterialdamms 112 zu
der Kante des Gehäuses 44 nach
oben abgewinkelt ist. Manchmal breitet sich ein Riss oder Bruch
wie z. B. der Riss 160 vollständig zu der Kante des Gehäuses 44 aus,
und zwar während des
Abkühlens
wie z. B. durch den Bruch oder Riss 118 dargestellt ist.
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Ferner
treten typischerweise während
des Wärmeaushärtungsvorgangs
Brüche
oder Risse 120 durch die Sekundärwicklung 32 hindurch
auf, und zwar normalerweise zwischen Lagen der Sekundärwicklung.
Die Brüche
oder Risse 120 bilden dielektrische Diskontinuitäten, die
die Linien der Magnetfelddichte unterbrechen und die eine verringerte
Ausgangsspannung zur Folge haben, was wiederum die Motorleistung
verringern kann. Über
die Zeit hinweg kann beim Betrieb das Einkapselungsverbundmaterial
in dem Bereich der dielektrischen Diskontinuitäten 120 typischerweise
weiter zersetzt werden, und zwar infolge von Korona-Entladung. Schlußendlich
wird sich die Zersetzung um die dielektrischen Diskontinuitäten herum
auf so ein Maß erhöhen, daß eine Funkenbildung
zwischen den Wicklungen auftritt. Wenn sich diese Art der Verschlechterung 120 erhöht, verringert
sich die Ausgangsspannung von der Sekundärwicklung 32 zu der
Zündkerze 42 kontinuierlich. An
einem Punkt kann sich die Spannungsausgangsgröße von der Spule 22 auf
ein solches Maß verringern,
daß die
Spule 22 nicht länger
eine Zündkerze 42 zünden kann
(bei z. B. ungefähr
13 Kilovolt).
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Obwohl
Brüche
oder Risse wie z. B. 108, 110, 116, 118 und 120 während des
Wärmeaushärtungsprozesses
auftreten, können
Brüche
oder Risse anfangen oder weiter wachsen, nachdem die Spule ausgehärtet ist
und zwar infolge von thermi schen Zyklen und Variationen von Wärmeausdehnungscharakteristika über das
Gehäuse 44 hinweg.
Ein Typ eines Fehlers, der infolge thermischer Zyklen auftreten kann,
ist ein Brandloch 122. Ein Brandloch 122 tritt auf,
wo sich ein Pfad zwischen den Sekundärwicklungen 32 und
den Ferritarmen 36 oder 38 oder den Jochen 40 öffnet. Wenn
ein offener Pfad zu dem geerdeten Ferrit besteht, kann die hohe
Spannung in der Sekundärwicklung 32 den
offenen Pfad als Pfad des geringsten Widerstandes anstelle des Pfades über die
Zündkerze 42 wählen. Ein
Beispiel eines solchen offenen Pfades ist entlang des Bruchs oder
Risses 108 zum Bruch oder Riss 118 und vollständig zur Kante
bzw. dem Rand des Gehäuses 44 zum
Brandloch 122 gezeigt.
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Gemäß 6b sind
die Lagen der Sekundärwicklungen 32a und 32b durch
Papier 124 getrennt, das normalerweise mit dem Einkapselungspolymer
gesättigt
ist, was aber nicht immer der Fall ist. Das Einkapselungspolymer
befindet sich auch in den Räumen 126 zwischen
den Wicklungen 32a und 32b und dem Papier 124.
Wenn das Einkapselungsverbundmaterial das Papier 124 nicht
ausreichend sättigt,
könnte
die dielektrische Konstante des Papiers 124 zwischen den
Lagen der Wicklungen 32a und 32b nicht ausreichend
sein, wodurch ein Korona-Zusammenbruch und Funkenbildung gefördert werden könnte. Wenn
zusätzlich
das Einkapselungspolymer Papier absorbiert und/oder in das Papier 124 adsorbiert,
wird die Chemie des Einkapselungspolymers in der Nähe des Papiers 124 verändert. Die
Veränderung
der Chemie fördert
die Bildung von Brüchen oder
Rissen in der Sekundärwicklung 32 wie
z. B. Brüche
oder Risse 120. Das heißt, Brüche oder Risse 120 würden auch
dann auftreten, wenn keine festen Additive in dem Einkapselungsverbundmaterial
vorhanden wären.
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Die vorliegende Erfindung
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Die
Erfindung eliminiert die Brüche
oder Risse und die Verschlechterung bzw. Zersetzung, die in 6a dargestellt
ist und die sich aus Füllmaterialdämmen 112 und
damit verbundenen Variation der Zusammensetzung über das Gehäuse 44 hinweg ergeben.
Gemäß den 7a, 7b und 8 tut
die Erfindung dies durch Ersetzen der Papierlagen 124, die
die Drahtlagen in der Sekundärwicklung 32 trennen
mit einem Nylongitter 128 aus massiven Fäden oder
Fasern oder einem anderen nicht filternden/nicht entmischenden Sekundärwicklungstrenner.
Das bevorzugte Nylongitter bzw. Gewebe 128 besitzt im allgemeinen
quadratische Gitter oder Gewebeöffnungen
mit einer 0,08 Zoll Dicke und einer Gitter- oder Gewebeöffnungsgröße von ungefähr 0,05
Zoll. Eine solche Gittergröße ist groß genug,
um zu erlauben, daß Füllmaterialpartikel
während
des Vakuumeinkapselungsschritts im Block 102 gemäß 5a des
Herstellungsvorgangs im wesentlichen uneingeschränkt durch das Gehäuse 144 fließen. Um
sicherzustellen, daß eine
Dammbildung des Füllmaterials
nicht auftritt, sollte die Größe der Öffnungen
in dem Gitter größer sein
als die größte Größe des Füllmaterials,
das für
den bestimmten Formvorgang verwendet wird. Da das Gitter 128 kein
Füllmaterial
in dem Einkapselungsverbundmaterial filtert, gibt es wenige oder überhaupt
keine Füllmaterialdämme und
die Zusammensetzung des Gehäuses 144 ist über das
Gehäuse 144 hinweg
homogen. Da die Zusammensetzung des Gehäuses 144 durchgängig homogen
ist, ist die Wahrscheinlichkeit von Brüchen oder Rissen infolge von
Variationen der Schrumpfrate während
des Wärmeaushärtungsvorgangs
und infolge von Variationen in Wärmeausdehnungscharakteristika
während
thermischer Zyklen stark reduziert.
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Die
Erfindung kann bei einer Zündspule 22 eingesetzt
werden, die unter Verwendung derselben oder ähnlicher Techniken wie in 5a und 5b beschrieben
ist, hergestellt wird, mit der Ausnahme, daß die Papiertrennlagen 126 und/oder
die Papierschutzlagen 72, 74 und 96 mit
einem Nylongitter oder Gewebe 128 mit festen oder massiven
Fasern oder Fäden
ersetzt werden. 8 zeigt das bevorzugte Verfahren
des Anlegens des Nylongitters 128 mit einem quadratischen
Gittermuster, bei dem sich längs erstreckende
Fäden 130 des
Gitters 128 im allgemeinen parallel mit den Sekundärwicklungen
ausgerichtet sind. Die in 8 gezeigte
Konfiguration wird bevorzugt, dasie dabei hilft, die Sekundärwicklungen ausgerichtet
zu halten.
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Das
Nylongitter 128 besteht ferner aus einem festen Faden,
der keine Komponenten des Einkapselungsverbundmaterials absorbiert
oder adsorbiert und somit nicht die Chemie des Einkapselungsverbundmaterials
in der Nähe
des Nylongitters 128 verändert. Zusätzlich neigt das Polymereinkapselungsverbundmaterial
dazu, sich leicht mit dem Nylongitter 128 zu verbinden.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung des Nylongitters ist in 7b gezeigt,
wo zu sehen ist, daß das
Einkapselungsverbundmaterial nicht nur die Räume 134 zwischen den
Sekundärwicklungen 132 und
dem Nylongitter 128 füllt,
sondern auch durch das Gitter zwischen den Lagen 132 des
Sekundärwicklung
füllt.
Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit von dielektrischen Diskontinuitäten zwischen
den Lagen 132 der Sekundärwicklung.
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Die
Verwendung des Nylongitters 128 reduziert auch Brüche oder
Risse wie z. B. den Bruch oder Riss 108 in 6a an
der oberen Papierschicht 96, da dem Einkapselungsverbundmaterial
vor dem Aushärten
erlaubt wird, vollständig
durch die obere Lage zu fließen
und somit besteht nicht die Notwendigkeit, daß sich das Einkapselungsverbundmaterial mit
der äußeren Schutzlage
verbindet.
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Während bevorzugt
wird, die Erfindung mit Nylongitter durchzuführen, kann die Erfindung auch mit
anderen Arten von nicht filternden/nicht entmischenden Trennern
durchgeführt
werden. Eine andere Typ eines nicht filternden Trenners, der wünschenswert
sein könnte,
ist nicht entmischendes Polyestergewebe. Polyestergewebe ist nicht
hydroskopisch, so daß Polyestergewebe
kein Wasser während
der Vakuumeinkapselung im Block 102 in 5a abgibt,
was die Integrität
des Gehäuses 144 beeinträchtigen
könnte.
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Typischerweise
wurde Elektroklebeband beim Stand der Technik verwendet, um sowohl
die Primärwicklung 30 als
auch die Sekundärwicklung 32 während der
Herstellung zu befestigen, bevor das Zündspulengehäuse 44 vollständig ausgehärtet war. Bei
der Durchführung
dieser Erfindung ist es wünschenswert,
die Menge an Klebeband zu verringern und die Menge an Klebern oder
Haftmitteln in dem hergestellten Gehäuse 144 zu verringern.
Es ist auch wünschenswert,
daß das
Klebeband entweder nicht filternd ist, oder daß sich das Einkapselungsverbundmaterial
leicht mit dem Klebeband verbindet. Es ist auch wünschenswert,
daß das
Klebeband nicht die Chemie des benachbarten Einkapselungsverbundmaterials
verändert.
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Es
sei bemerkt, daß unterschiedliche äquivalente
Alternativen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche möglich sind.
Obwohl die Erfindung unter Vewendung eines Gießformherstellungsvorgangs beschrieben
wurde, könnte
die Erfindung z. B. auch bei verkitteten Zündspulen eingesetzt werden
(d. h. Zündspulen,
bei denen das Einkapselungsverbundmaterial in eine Hülle gegossen wird,
die nach der Herstellung nicht entfernt wird) oder bei anderen Imprägniertechniken.
Bei verkitteten Zündspulen
können
weichere Einkapselungsverbundmaterialien wie z. B. Silikon den Wachstums
von Brüchen
oder Rissen infolge thermischer Zyklen verhindern und dieses könnte daher
zweckmäßig sein.
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Es
ist keine Notwendigkeit der Erfindung, das das Einkapselungsverbundmaterial
eine thermisch aushärtende
Mischung ist, die ein Wärmeaushärten benötigt. Z.
B. ist die Erfindung auch anwendbar bei Einkapselungsverbundmaterialien,
die bei Raumtemperatur aushärten.
Bei einigen Anwendungen können
andere Additive als Füllmaterialien
in dem Einkapselungsverbundmaterial verwendet werden. Diese anderen
Arten von Additiven können
Verbinder bzw. Bindemittel wie z. B. geschnittene Glasfasern sein
und die Erfindung kann auch bei diesen Arten von Additiven eingesetzt
werden.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit einer Zündspule für einen Verbrennungsmotor beschrieben
wurde, ist die Erfindung nicht auf Verbrennungsmotoren beschränkt, z.
B. kann die Erfindung bei Zündspulen
verwendet werden, die entzündbare Brennstoffmischungen
in anderen Umgebungen als Verbrennungsmotoren zünden, wie z. B. Herden, Öfen oder
Verbrennungsanlagen.