DE19751548A1

DE19751548A1 - Zündtransformator für eine Entladungslampe

Info

Publication number: DE19751548A1
Application number: DE1997151548
Authority: DE
Inventors: Johann Winkler; Gerhard Karl
Original assignee: Vogt Electronic AG
Current assignee: Vogt Electronic AG
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: DE19751548C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Zündtransformator mit Kern für eine Entladungslampe.

Derzeit bekannte Zündtransformatoren für Entladungslampen sind nach dem Tesla-Prinzip gemäß der Gleichung U = N.B.A.f (U-induzierte Spannung, N-Windungszahl, B-magnetische Indukti vität, A-effektive Fläche, f-Frequenz) ausgelegt.

In Zündtransformatoren für Entladungslampen in Kraft fahrzeugscheinwerfern treten während des Zündvorganges Ströme über 200 A und Spannungen bis 30 kV auf. Aufgrund der hohen Ströme und Spannungen sowie der Annahmen, daß der Zündtrans formator im Spannungswandlermodus arbeite und keine magneti sche Sättigung des Kerns erfolgen dürfe, werden in aus dem Stand der Technik bekannten Zündtransformatoren offene magne tische Kreise in Form von Stabkernen aus elektrisch leitendem MnZn-Ferrit oder Eisenpulver verwendet. Dies wiederum bedingt, daß die bekannten Zündtransformatoren relativ groß und schwer sind, weshalb sie von der Entladungslampe räumlich getrennt montiert werden. Üblicherweise befindet sich bei Verwendung eines solchen Zündtransformators in einem Kraftfahrzeug ein Abstand von rund 30 cm zwischen Zündtransformator und Entla dungslampe des Kraftfahrzeugscheinwerfers. Dieser Abstand muß durch ein Hochspannungskabel überbrückt werden, wodurch sich erhebliche EMV-Probleme ergeben. Außerdem sind die notwendigen Steckverbinder in Bezug auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer kritische Bauelemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zünd transformator mit Kern für eine Entladungslampe bereitzustel len, der bei gleicher Funktionstüchtigkeit prinzipiell kleiner und leichter gestaltet werden kann als die aus dem Stand der Technik bekannten Zündtransformatoren mit Kern für Entladungs lampen. Außerdem sollen bevorzugte Verwendungen für einen solchen Zündtransformator angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Zündtransformator nach Anspruch 1 und eine Verwendung nach An spruch 18.

Es wurde herausgefunden, daß ein Zündtransformator für eine Entladungslampe nur zu Beginn des Zündvorgangs für ganz kurze Zeit im Spannungswandlermodus arbeitet. Sobald die ersten Elektronen in der Entladungsstrecke der Entladungslampe fließen, geht der Zündtransformator für die restliche Zeit des Zündvorgangs in den Stromwandlerbetrieb über. Auf der Basis dieser Entdeckung war es möglich, von dem bisher auf diesem Gebiet der Technik herrschenden Prinzip der Verwendung von Stabkernen aus elektrisch leitendem Material abzurücken. Es wurde erkannt, daß, wie in Anspruch 1 ausgeführt, auch ge schlossene Kerne oder Kerne mit Spalt in einem Zündtransforma tor für eine Entladungslampe verwendet werden können, ohne daß die Funktionstüchtigkeit des Zündtransformators eingeschränkt würde. Die Verwendung derartiger Kerne bietet jedoch den großen Vorteil, daß prinzipiell die Möglichkeit eröffnet wird, einen Zündtransformator für eine Entladungslampe herzustellen, der wesentlich kleiner und leichter ist als aus dem Stand der Technik bekannte Zündtransformatoren für Entladungslampen. Eine weitere Voraussetzung für eine solche Miniaturisierung ist jedoch die Verwendung elektrisch nichtleitender magneti scher Werkstoffe für die Herstellung des Kerns. Die nicht leitende Eigenschaft ist notwendig, weil bei einer Miniaturi sierung der Abstand zwischen heißem und kaltem Ende der Sekun därwicklung sehr klein wird. Außerdem wird aufgrund der Ver wendung elektrisch nichtleitenden Kernmaterials eine techno logisch vorteilhafte Direktbewicklung des Kerns möglich. Weiterhin ergibt sich durch den erfindungsgemäß fast oder vollständig geschlossenen magnetischen Kreis eine im Vergleich zum offenen magnetischen Kreis aus dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Funkentstörmöglichkeit.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen des erfin dungsgemäßen Zündtransformators sind Gegenstand der Patent ansprüche 2 bis 17.

Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündtrans formators nach den Ansprüchen 2 bis 4 können in einen Sockel der Entladungslampe integriert werden. Bei einer solchen Integration entfallen das oben erwähnte relativ lange Hoch spannungskabel zwischen dem Zündtransformator und der Entla dungslampe sowie die genannten Steckverbinder. Folglich werden die mit einem derartigen Hochspannungskabel verbundenen großen EMV-Probleme ausgeräumt, und gleichzeitig wird die Zuverläs sigkeit der Anordnung erhöht. Der erfindungsgemäße Zündtrans formator kann so klein gestaltet werden, daß sein Volumen nur noch ungefähr 1/3 des Volumens herkömmlicher Zündtransformato ren für Entladungslampen ausmacht.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtrans formators nach Anspruch 10 ist der Kern ein Kern mit Spalt, wobei in dem Spalt ein nichtleitender Festkörper angeordnet ist, der mindestens an einer Seite über den Spalt hinausragt. Das ist besonders vorteilhaft, weil auf diese Weise die Luft- und Kriechstrecke des Spalts relativ groß gehalten werden kann, so daß eine gute Spannungsfestigkeit erzielt wird.

Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Zündtransformators nach Anspruch 12 ist der Kern ein U-Kern. Dies hat den Vorteil, daß der Wickelprozeß tech nologisch ganz besonders günstig gestaltet werden kann. Es ist in diesem Falle nämlich möglich, zunächst eine vom Kern ge trennte Formspule herzustellen und erst danach die Formspule mit dem Kern zusammenzufügen. Eine derartige Technologie ist besonders gut für eine automatische Prozeßführung geeignet.

Aufgrund der oben genannten Entdeckung, daß der Zünd transformator während des Zündvorgangs die meiste Zeit im Stromwandlermodus arbeitet, ist es möglich, die Windungszahl bei gleichbleibender Ausgangsspannung zu reduzieren. Daraus ergibt sich allerdings eine höhere Spannung von Windung zu Windung. Wegen der geringeren Windungszahl jedoch kann zur Bewicklung des Kerns nun vorteilhafterweise ein spezialiso lierter Draht verwendet werden, der dicker ist als die zur Herstellung der bekannten Zündtransformatoren verwendeten Drähte. So kann z. B., wie in Anspruch 16 aufgeführt, der Kern des erfindungsgemäßen Zündtransformators vorteilhafterweise mit TEX-E-Draht bewickelt werden.

Weitere vorteilhafte und bevorzugte Verwendungsmöglich keiten des erfindungsgemäßen Zündtransformators sind Gegen stand der Ansprüche 19 bis 21.

Ausführungsbeispiele und Verwendungsbeispiele des erfin dungsgemäßen Zündtransformators werden im folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Zündschaltung mit Zündtransformator für eine Entladungslampe,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators,

Fig. 5a eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators und

Fig. 5b eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators.

Aus dem Stand der Technik ist eine in Fig. 1 gezeigte Zündschaltung für eine Entladungslampe 2 bekannt. Dabei ist die Entladungslampe 2 sekundärseitig an einen Zündtransforma tor 1 mit Kern angeschlossen. Primärseitig sind der Zündtrans formator 1, ein Kondensator 3 und eine Funkenstrecke 4 in der in Fig. 1 gezeigten Weise zusammengeschlossen. Die Funken strecke 4 ist eine Entladungsstrecke mit im Vergleich zur Entladungslampe 2 niedrigerer Zündspannung.

Zum Zünden der Entladungslampe 2 wird der Kondensator 3 über einen Widerstand 5 so weit aufgeladen, bis die Funken strecke 4 zündet und sich der Kondensator 3 schlagartig über die Primärwicklung des Zündtransformators 1 und die Funken strecke 4 entlädt. Dieser Vorgang schließlich bewirkt im Sekundärkreis des Zündtransformators 1 die Zündung der Entla dungslampe 2. Dabei arbeitet, wie schon oben erwähnt, der Zündtransformator 1 nur zu Beginn des Zündvorgangs für ganz kurze Zeit im Spannungswandlermodus. Sobald die ersten Elek tronen in der Entladungsstrecke der Entladungslampe 2 fließen, geht der Zündtransformator 1 für die restliche Zeit des Zünd vorgangs in den Stromwandlerbetrieb über.

Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß möglich, den Zündtransformator 1 mit Kern für eine Entladungslampe 2 so auszuführen, daß der Kern ein geschlossener Kern oder ein Kern mit Spalt ist und aus elektrisch nichtleitendem Material besteht.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungs gemäßen Zündtransformators 1. Bei dieser Ausführungsform ist der Kern ein Ringkern 6 mit Spalt und besteht aus elektrisch nichtleitendem NiZn-Ferrit mit einem spezifischen Gleichstrom widerstand von mehr als 10⁷ Ωm. Bei der in Fig. 2 dargestell ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators ist der Spalt mit einer elektrisch isolierenden Kunststoff scheibe 7 ausgefüllt, die peripher rundherum über den Spalt hinausragt. Primär- und Sekundärwicklung sind in der gezeigten Weise auf den Ringkern 6 gewickelt.

Anstelle der Kunststoffscheibe 7 kann jedes andere ge eignete elektrisch isolierende Material zur Ausfüllung des Spalts verwendet werden. Es ist auch nicht notwendig, daß das isolierende Material peripher über den Spalt hinausragt, obwohl auf diese Weise eine besonders gute Spannungsfestigkeit des Zündtransformators 1 erreicht wird. Bei einer modifizier ten Ausführungsform des in Fig. 2 dargestellten Zündtrans formators 1 wird anstelle der Kunststoffscheibe 7 NiZn-Ferrit verwendet, so daß sich ein geschlossener Kern in der gezeigten Geometrie ergibt. Ein derart geschlossener Kern kann sogar in einem Stück gepreßt werden. Selbstverständlich ist auch die Verwendung eines geschlossenen Ringkerns in einfachster ge wöhnlicher Geometrie möglich.

Alle oben genannten Modifikationen des erfindungsgemäßen Zündtransformators können vollständig in Vergußmasse eingegos sen sein.

Des weiteren ist es auch möglich, den oben genannten Spalt nicht mit einem Festkörper auszufüllen, sondern statt dessen einen einfachen Luftspalt vorzusehen.

Die niederspannungsseitige Primärwicklung ist mittels spezialisoliertem Draht ausgeführt. Spezialisolierte Drähte sind z. B. Drähte, auf denen per Extrusionsverfahren eine Isolierung, z. B. eine Kunststoffisolierung, aufgebracht wurde oder mit Isolierfolien bandagierte Drähte.

Die räumlichen Abmessungen der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators überschreiten 25 mm × 25 mm × 12 mm nicht. Sein Volumen ist kleiner als 8 cm³. Die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators ist in einen Sockel der Entladungslampe 2 integriert, wobei die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtrans formators Bestandteil eines in den Sockel der Entladungslampe 2 integrierten miniaturisierten Zündmoduls ist. Die zu zünden de Entladungslampe 2 kann dabei z. B. eine Xenonlampe in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer sein.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungs gemäßen Zündtransformators 1. Anstelle eines Ringkerns wird bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zünd transformators 1 ein U-Kern 8 verwendet, auf dessen Schenkel Primär- und Sekundärspule gewickelt sind. Obwohl in Fig. 3 eine Ausführungsform gezeigt ist, bei der beide Schenkel des U-Kerns bewickelt sind, gibt es auch Ausführungsformen, bei denen nur ein Schenkel des U-Kerns zur Bewicklung genutzt wird. Generell ist die Verwendung von U-Kernen mit recht eckigem, quadratischem oder rundem Querschnitt möglich. Die Drahtwicklungen können einen Lagenaufbau haben oder, bei Verwendung eines Spulenkörpers, einkammerig oder mehrkammerig als Kammerwickel ausgeführt sein. Letzteres gilt im übrigen nicht nur für einen U-Kern, sondern für alle in dem erfin dungsgemäßen Zündtransformator verwendbaren Kerne.

Das bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1 verwendete Kernmaterial ist identisch mit dem in der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zünd transformators 1 verwendeten Kernmaterial.

Zur Vorteilhaftigkeit des U-Kerns 8 im Vergleich mit dem Ringkern 6 in Bezug auf die Fertigungstechnologie des erfin dungsgemäßen Zündtransformators 1 wurden schon weiter oben ausführliche Erläuterungen gegeben, auf die an dieser Stelle noch einmal hingewiesen wird. Insbesondere bestehen die Pri mär- und die Sekundärspule bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1 aus TEX-E-Draht. Zur Bewicklung des U-Kerns 8 kann jedoch auch jeder andere ge eignete spezialisolierte Draht oder lackisolierte Draht ver wendet werden.

Obwohl es möglich ist, den Luftspalt des U-Kerns 8 als einfachen Luftspalt zu belassen, ist bei der zweiten Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1 ein Trennsteg 9 aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff in den Spalt des U-Kerns 8 eingefügt. Der Trennsteg 9 ragt, wie in Fig. 3 dargestellt, über den Luftspalt hinaus und gewährlei stet so eine besonders gute Spannungsfestigkeit der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1.

Als Trennstegmaterial kann außer elektrisch nichtleiten dem Kunststoff jedes andere geeignete elektrisch nichtleitende Material, einschließlich elektrisch nichtleitendem NiZn-Fer rit, verwendet werden. Auch die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1 hat ein Volumen von kleiner oder gleich 8 cm³ und vorzugsweise räumliche Abmessun gen, die 25 mm × 25 mm × 12 mm nicht überschreiten. Ferner ist er innerhalb eines miniaturisierten Zündmoduls in den Sockel der Entladungslampe 2 integriert.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die genannten räumlichen Abmessungen von 25 mm × 25 mm × 12 mm und das genannte Volumen von kleiner oder gleich 8 cm³ nur als beispielhafter Wert angegeben sind. Es gibt Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zündtransformators, die kleiner oder größer sind. Auch braucht der erfindungsgemäße Zündtransforma tor nicht in jeder seiner Ausführungsformen im Sockel der Entladungslampe 2 integriert zu sein.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungs gemäßen Zündtransformators 1. Wie bei der zweiten Ausführungs form des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1 wird auch bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtrans formators 1 ein U-Kern 8 verwendet, der aus elektrisch nicht leitendem NiZn-Ferrit besteht und auf den Primär- und Sekun därspule gewickelt sind.

Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform ist bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransforma tors 1 auf die ursprünglich offene Seite des U-Kerns 8 ein T- Stück 10 aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff aufgesetzt, dessen Fußteil zentral in den U-Kern 8 hineinragt. Eine der artige Gestaltung ist technologisch besonders vorteilhaft. Außerdem wird die Luft- und Kriechstrecke zwischen heißem und kaltem Ende der Sekundärwicklung relativ groß gehalten, so daß sich eine gute Spannungsfestigkeit des Zündtransformators 1 ergibt.

Das T-Stück 10 kann aus jedem geeigneten elektrisch nichtleitenden Material gefertigt sein. Insbesondere kann es aus dem gleichen Material wie der U-Kern 8 bestehen, wobei sich dann eine magnetisch real geschlossene Kernform ergibt.

Ein Einbetten der dritten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Zündtransformators 1 in Vergußmasse ist möglich.

Auch die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1 kann in ihren räumlichen Abmessungen so klein gestaltet werden, daß sie für die Verwendung in dem im Sockel der Entladungslampe 2 integrierten miniaturisierten Zündmodul geeignet ist.

Die Fig. 5a und 5b zeigen eine vierte bzw. fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündtransformators 1, bei der jeweils ein E-Kern 11 verwendet wird. Der E-Kern 11 besteht aus elektrisch nichtleitendem NiZn-Ferrit oder einem anderen geeigneten elektrisch nichtleitenden Material. Die Spulenwicklungen können, wie in Fig. 5a gezeigt, auf den Außenschenkeln oder, wie in Fig. 5b gezeigt, auf dem Innen schenkel des E-Kerns 11 angeordnet sein. Dabei ist die in Fig. 5b gezeigte Bewicklungsvariante besonders vorteilhaft, da die Außenschenkel des E-Kerns 11 eine magnetische Schirmwirkung ausüben und somit eine besonders gute Funkentstörung erreicht wird.

Der genannte E-Kern kann ein EFD-, EVD-, EC-Kern oder ein anderer E-Kern sein.

Claims

1. Zündtransformator (1) mit Kern (6, 8, 11) für eine Entla dungslampe (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6, 8, 11)

- ein geschlossener Kern oder ein Kern mit Spalt ist und
- aus elektrisch nichtleitendem Material besteht.

2. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß er so klein ist, daß er in einen Sockel der Entladungslampe (2) integriert werden kann.

3. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sein Volumen kleiner oder gleich 8 cm³ ist.

4. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß er so gestaltet ist, daß seine räumlichen Ab messungen 25 mm × 25 mm × 12 mm nicht überschreiten.

5. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern (6, 8) aus nichtleitendem NiZn-Ferrit besteht

6. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Material des Kerns (6, 8, 11) einen spezifi schen Gleichstromwiderstand von größer als 10⁷ Ωm hat.

7. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, wobei der Kern (6, 8) ein Kern mit Spalt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt ein Luftspalt ist.

8. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, wobei der Kern (6, 8) ein Kern mit Spalt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt ein nichtleitender Festkörper (7, 9, 10) angeordnet ist.

9. Zündtransformator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der nichtleitende Festkörper aus dem gleichen Material besteht wie der Kern (6, 8).

10. Zündtransformator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der nichtleitende Festkörper mindestens an einer Seite über den Spalt hinausragt.

11. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern ein Ringkern (6) mit oder ohne Spalt ist.

12. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern ein U-Kern (8) ist.

13. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern ein E-Kern (11) ist.

14. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß er vollständig von Vergußmasse umhüllt ist.

15. Zündtransformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern (6, 8, 11) mit einem spezialisolierten Draht direkt bewickelt ist.

16. Zündtransformator (1) nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß der spezialisolierte Draht TEX-E-Draht ist.

17. Zündtransformator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß der spezialisolierte Draht ein mit Isolierfolie bandagierter Draht ist.

18. Verwendung eines Zündtransformators (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Zündmodul für eine Entladungs lampe (2).

19. Verwendung nach Anspruch 18, wobei das den Zündtrans formator (1) enthaltende Zündmodul ein in einen Sockel der Entladungslampe (2) integriertes miniaturisiertes Zündmodul ist.

20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Entla dungslampe (2) eine Xenonlampe ist.

21. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Zündmodul in einem Kraftfahrzeug verwendet wird und die Entla dungslampe (2) eine Kraftfahrzeugscheinwerferlampe ist.