Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule für
Verbrennungsmotoren, die direkt mit einer Zündkerze
verbunden und in einer Zündkerzenbohrung des Verbren
nungsmotors untergebracht ist.
Aus der JP 3-149805-A ist eine Zündspule bekannt, in der
als Vergießharz zum Befestigen und Isolieren der Kompo
nenten wie etwa der Primärwicklung und der Sekundärwick
lung oder dergleichen ein Epoxidharz enthaltendes thermo
plastisches Harz und als Füllmittel im wesentlichen
kristallines Siliciumoxid verwendet werden.
Da die herkömmliche Zündspule in einer Zündkerzenbohrung
mit einem Durchmesser von 20 bis 30 mm untergebracht ist,
sind die radialen Abmessungen der Spule gering, außerdem
ist der Abstand zwischen der Primärwicklung und einem
äußeren Magnetkern gering. Daher besteht die Gefahr, daß
die Isolierung zwischen der Sekundärwicklung mit hohem
Potential, der Primärwicklung, die im wesentlichen auf
Massepotential liegt, und dem äußeren Magnetkern nicht
ausreicht. Da insbesondere im Spuleninnenraum ein hohes
elektrisches Feld und eine hohe Temperatur von mehr als
150°C herrschen, besteht das Problem, daß die geringe
Isolierleistung eine vergleichsweise kurze Lebensdauer
zur Folge hat.
Es ist bekannt, zur Beseitigung dieses Problems eine
Technik mit innenliegender Sekundärwicklung zu verwenden,
bei der die Primärwicklung, die im wesentlichen auf
Massepotential liegt, außerhalb eines Magnetkerns ange
ordnet ist und die Sekundärwicklung, die auf einem hohen
Potential liegt, auf seiten eines mittigen Magnetkerns
angeordnet ist.
Hierbei besitzt der mittige Magnetkern ein schwebendes
Potential, so daß zwischen der Sekundärwicklung mit hohem
Potential und dem mittigen Magnetkern eine Potentialdif
ferenz erzeugt wird, die jedoch nur ungefähr halb so groß
wie diejenige bei einer Zündspule mit außenliegender
Sekundärwicklung ist, bei der die Sekundärwicklung an
einem äußeren Magnetkern angeordnet ist. Dadurch wird die
Isolation weniger beansprucht.
Bei dieser Zündspule mit innenliegender Sekundärwicklung
ist jedoch in einem Betriebshaltbarkeitstest in einem
Wärmezyklusofen, in der der Betrieb in einem wirklichen
Fahrzeug simuliert wird, ein Durchbruch zwischen der
Sekundärwicklung und dem äußeren Magnetkern aufgrund
eines Wärmeschocks aufgetreten, so daß hinsichtlich des
Motorlaufs ein Problem entsteht. Die Untersuchung dieses
Vorfalls hat ergeben, daß, da die Wärmebeanspruchung auf
die Umgebung eines Übergangsabschnitts eines Wicklungs
endabschnitts der Sekundärwicklung konzentriert ist, in
dem Isolierharz, mit dem die Umgebung des Wicklungsübergangsabschnitts
gefüllt ist, kleine Hohlräume erzeugt
werden, die eine Teilentladungskanalbildung begünstigen,
die letztendlich die Zerstörung der Isolation der Zündspule
zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule
für Verbrennungsmotoren zu schaffen, in der eine Teilentla
dungskanalbildung kaum auftreten und/oder sich fortentwic
keln kann, und die so in einem Wärmezyklusofen eine bessere
Haltbarkeit zeigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zünd
spule für Verbrennungsmotoren, die die im Anspruch 1 ange
gebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf
zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gerichtet.
Außerdem ist eine Abschirmelement vorgesehen, das die Ent
wicklung enier Teilentladungskanalbildung, die selbst von
kleinen Räumen in einem Isolierharz erzeugt wird, begrenzt,
wobei das Abschirmelement aus einem Isolierwerkstoff gebil
det ist, in dem eine Teilentladungskanalbildung kaum ent
stehen kann.
Da erfindungsgemäß ein Abschnitt mit hohem elektrischen
Feld, in dem die Teilentladungskanalbildung einfach auftre
ten kann, durch einen Isolierwerkstoff gebildet ist, in dem
Schwefel (S) in eine aromatische Hauptkette eingebracht
ist, und da das Abschirmelement für die Teilentladungska
nalbildung, das aus dem obigen Werkstoff gebildet ist, zwi
schen der Sekundärwicklung und einem äußeren Magnetkern an
geordnet ist, kann eine Absenkung der Isolierleistung auf
grund der Erzeugung kleiner Räume vermieden werden, so daß
die Haltbarkeit der Zündspule im Wärmezyklusofen verbessert
werden kann.
In der Druckschrift EP 0 647 002 wird empfohlen, aufgrund
der genügend hohen dielektrischen Festigkeit eine Legierung
von Polyphenylensulfid und Polyphenylenoxid als Material
für Zündkerzenkappen zu verwenden. Polyphenylensulfid (PPS)
wird gemäß der EP 0 647 002 als Material für Zündkerzenkap
pen jedoch als unbrauchbar verworfen.
Erfindungsgemäß wird eine Zündspule geschaffen, in der als
thermoplastisches Harz ein Epoxidharz, in das als Füllmit
tel geschmolzenes Siliciumoxidpulver gefüllt ist, vergossen
ist.
Im folgenden wird eine konkrete Ausgestaltung der Erfindung
angegeben:
Das thermoplastische Vergießharz enthält ein Füllmittel im
Harz, wobei wenigstens ein Teil des Füllmittels durch ge
schmolzenes Siliciumoxid gebildet ist, das in einem Anteil
von 20-85 Gew.-% der Gesamtmenge des Füllmittels einge
mischt ist.
Bei diesem thermoplastischen Vergießharz enthält das Füll
mittel eine Mischsubstanz, die geschmolzenes Siliciumoxid
und kristallines Siliciumoxid umfaßt.
In der mit diesem thermoplastischen Vergießharz versehenen
Zündspule ist die Sekundärwicklung auf seiten des mittigen
Magnetkerns angeordnet, während die Primärwicklung zwischen
der Sekundärwicklung und dem äußeren Magnetkern angeordnet
ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat das geschmolzene Si
liciumoxid in dem Harz eine sphärische Form.
Da in der obigen Konstruktion die Befestigung und die Iso
lation der Komponenten wie etwa der Primärwicklung und der
Sekundärwicklung der Zündspule durch Vergießen mit einem
thermoplastischen Harz erfolgt, in das geschmolzenes Sili
ciumoxid-Pulver gemischt ist, werden das Auftreten und die
Fortentwicklung einer Teilentladungskanalbildung verhin
dert, mit dem Ergebnis, daß die Isolation und die Haltbar
keit der Zündspule verbessert werden können.
Der Partikeldurchmesser des geschmolzenen Siliciumoxids der
Erfindung liegt im Bereich von 1-300 µm und vorzugsweise im
Bereich von 5-44 µm; der Partikeldurchmesser ist jedoch
nicht auf diesen Bereich beschränkt. Zweckmäßig wird ge
schmolzenes Siliciumoxid mit sphärischer Form verwendet, um
die erwünschten Wirkungen zu erzielen. Für das geschmolzene
Siliciumoxid und für das kristalline Siliciumoxid der Er
findung können das Fluorsystem- und das Siliciumsystem-
Kopplungsmittel verwendet werden.
Weitere Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen
der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die
auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführung
einer erfindungsgemäßen Zündspule gemäß der Erfin
dung;
Fig. 2 eine Teilquerschnittsansicht der Zündspule nach
Fig. 1;
Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht einer zweiten Aus
führung der erfindungsgemäßen Zündspule;
Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht einer dritten Aus
führung der erfindungsgemäßen Zündspule;
Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Testergebnisses
bezüglich der Haltbarkeit einer Zündspule des
Standes der Technik und der Zündspule gemäß der
ersten Ausführung der Erfindung;
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Testbedin
gungen der Haltbarkeitsprüfung nach Fig. 5;
Fig. 7 eine Ansicht der Testanordnung für die Haltbar
keitsprüfung eines Teilentladungskanalbildung-Ab
schirmelements;
Fig. 8 eine Ansicht zur Erläuterung der Ergebnisse von
Teilentladungskanlbildung-Tests nach Fig. 7 für
mehrere Teilentladungskanalbildung-Abschirmele
mente mit unterschiedlicher Zusammensetzung;
Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der chemischen
Formel der Substanz, die das Teilentladungskanal
bildung-Abschirmelement enthält;
Fig. 10 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht zur
Erläuterung einer vierten Ausführung der erfin
dungsgemäßen Zündspule;
Fig. 11 einen Graphen zur Erläuterung der Wirkungen der
vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Zünd
spule; und
Fig. 12 einen Graphen zur Erläuterung der Wirkungen einer
fünften Ausführung der erfindungsgemäßen Zünd
spule.
Zunächst wird mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 eine erste
Ausführung einer Zündspule gemäß der Erfindung erläutert.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Ausfüh
rung der erfindungsgemäßen Zündspule, wobei die Zündspule
in einem inneren Abschnitt eines Verbrennungsmotorblocks
angebracht ist.
In Fig. 1 enthält die zylindrische Zündspule 10 gemäß der
ersten Ausführung einen Hochspannungsanschluß 4, eine
Hochspannungsdiode 5, eine Zündungssteuereinrichtung 6,
einen mittigen Magnetkern 11, einen Permanentmagneten 12,
einen äußeren Magnetkern, eine Sekundärwicklungshaspel
21, auf die eine Sekundärwicklung 22 gewickelt ist, eine
Primärwicklungshaspel 23, auf die eine Primärwicklung 24
gewickelt ist, ein Spulengehäuse 25 und ein Isolierharz
26.
Die Sekundärwicklung 22 ist auf die aus Kunststoff gegos
sene Sekundärwicklungshaspel 21 gewickelt, während die
Primärwicklung 24 auf die ebenfalls aus Kunststoff gegos
sene Primärwicklungshaspel 23 gewickelt ist. Die Primär
wicklung 24 ist an der Außenseite der Sekundärwicklung 22
und konzentrisch zum mittigen Magnetkern 11 angeordnet.
Zwischen einem Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitt 221
auf der Hochspannungsseite und der Hochspannungsseite der
Primärwicklung 24 ist ein Teilentladungskanalbildung-
Abschirmelement 27 angeordnet.
Jede der Komponenten, die den mittigen Magnetkern 11, die
Sekundärwicklungshaspel 21, die Sekundärwicklung 22, die
Primärwicklungshaspel 23 und die Primärwicklung 24 umfas
sen, ist in dem zylindrischen Spulengehäuse 25 unterge
bracht und mit einem Isolierharz 26, das ein Epoxidharz
enthaltendes Isoliermaterial ist, das mit geschmolzenem
Siliciumoxid-Pulvern aufgefüllt ist, befüllt und durch
dieses Isolierharz 26 befestigt. An der äußeren Umfangs
fläche des Spulengehäuses 25 ist ein äußerer Magnetkern
13 angeordnet. Die von der Sekundärwicklung 22 erzeugte
Sekundärspannung wird über den Sekundärwicklungs-Über
gangsabschnitt 221 und einen Hochspannungsdioden-Lei
tungsdraht 51 an die Hochspannungsdiode 5 und an den
Hochspannungsanschluß 4 angelegt. Die Zündungssteuerein
richtung 6 enthält einen Leistungstransistor, eine Diode
und dergleichen.
Andererseits ist in Fig. 1 gezeigt, daß die Zündspule 10
in einer Zündkerzenbohrung des Motors installiert ist. In
Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motorblock
des Verbrennungsmotors, das Bezugszeichen 2 eine Brenn
kammer, der im Motorblock 1 gebildet ist, das Bezugszei
chen 3 eine Zündkerze, die in die Zündkerzenbohrung 1a
des Motorblocks 1 eingesetzt und darin befestigt ist, und
das Bezugszeichen 3a eine Elektrode der Zündkerze 3, die
am Hochspannungsanschluß 4 der Zündspule 10 befestigt und
an diesen elektrisch angeschlossen ist.
Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht der Zündspule 10
nach Fig. 1, die den wesentlichen Konstruktionsabschnitt
in der Umgebung des Hochspannungsdioden-Leitungsdrahtab
schnitts 51 zeigt. In Fig. 2 ist das Teilentladungskanal
bildung-Abschirmungselement 27 an der äußeren Umfangsflä
che des Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts 221 vorgesehen
und überlappend mit der Primärwicklungshaspel 23
angeordnet.
Das Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27 gemäß
dieser Ausführung enthält ein Isoliermaterial wie etwa
ein PPS-Harz (Polyphenylensulfid-Harz), das in eine
zylindrische Form gegossen ist und während der Montage
der Spule nach dem Wickeln des Wicklungsdrahtes an einer
vorgegebenen Position angeordnet wird.
In der Zündspule mit dem obigen Aufbau wird während der
Erzeugung des Magnetfeldes durch die Primärwicklung 24
durch Unterbrechen des durch die Primärwicklung 24 flie
ßenden Stroms in der Sekundärwicklung 22 eine Hochspan
nung von ungefähr 30 kV induziert. Diese Hochspannung
wird an die Zündkerze 3 angelegt, die direkt an den
Hochspannungsanschluß 4 angeschlossen ist. Die durch die
Primärwicklung 22 induzierte Hochspannung wird zwischen
der Sekundärwicklung 22 und der Primärwicklung 24 und
zwischen der Sekundärwicklung 22 und dem äußeren Magnet
kern 13 angelegt.
Da andererseits neben der Sekundärwicklungshaspel 21 mit
komplizierter Form weitere Komponenten mit komplizierten
Formen, etwa die Hochspannungsdiode 5 und dergleichen,
angeordnet sind, können in der Umgebung des hochspan
nungsseitigen Endabschnitts der Sekundärwicklung 22 wegen
der Konzentration der Wärmebeanspruchung im Isolierharz
26, das sich in der obengenannten Umgebung befindet,
leicht kleine Hohlräume erzeugt werden.
Wenn diese kleinen Hohlräume in dem am Sekundärwicklungs
übergangsabschnitt 221 angeordneten Isolierharz 26 er
zeugt werden, kann wegen der Tatsache, daß in diesem
Abschnitt ein hohes elektrisches Feld herrscht und der
Leitungsdrahtdurchmesser gering ist, leicht eine Teilent
ladungskanalbildung entstehen.
Diese Teilentladungskanalbildung besitzt die Eigenschaft,
daß sie sich in Richtung eines elektrischen Feldes fort
entwickelt (in Richtung der Primärwicklung 24, des äuße
ren Magnetkerns 13 und des mittigen Magnetkerns 11).
Somit kann die Fortentwicklung der Teilentladungskanal
bildung verhindert werden, wenn in diesem Abschnitt mit
hohem elektrischen Feld ein Isolierelement (beispiels
weise die Sekundärwicklungshaspel 21, die Primärwick
lungshaspel 23 oder das Spulengehäuse 25) oder ein Teil
entladungskanalbildung-Abschirmelement 27, das das oben
beschriebene Material enthält, angeordnet wird.
Das genannte Isolierelement für die Begrenzung der Teil
entladungskanalbildung, das Material für das Teilentla
dungskanalbildung-Abschirmelement 27 und das Material des
Vergießharzes 26 werden später erläutert.
Da in der obigen Ausführung das Umfangsisolierelement des
Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts 221, das die Ent
wicklung der Teilentladungskanalbildung verhindert, sowie
das Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27 in der
Umgebung des Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts 221
angeordnet sind, in der ein hohes elektrisches Feld
herrscht, können eine Fortentwicklung der Teilentladungs
kanalbildung und ein Durchbruch verhindert werden, wäh
rend ohne Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27
die obenerwähnten kleinen Hohlräume aufgrund der Wärmebe
anspruchung erzeugt würden und die Teilentladungskanal
bildung aufgrund der kleinen Hohlräume auftreten würde.
Da somit in dem Verbrennungsmotor, in dem die Zündspule
gemäß der Erfindung in die Zündkerzenbohrung wie in
Fig. 1 gezeigt eingesetzt ist, selbst unter der in einem
Wärmezyklusofen herrschenden Bedingung ein Durchbruch der
Zündspule kaum auftreten kann, wird die Zuverlässigkeit
des Motors verbessert.
Fig. 3 ist eine Teilquerschnittsansicht einer zweiten
Ausführungsform der Zündspule gemäß der Erfindung, die
den wesentlichen Abschnitt der Zündspule 10 ähnlich wie
Fig. 2 zeigt.
In dieser zweiten Ausführung ist statt der Anordnung des
Teilentladungskanalbildung-Abschirmelements 27 nach
Fig. 2, das als Abschirmelement gegenüber dem äußeren
Magnetkern 14 des Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitts
221 dient, ein Haspelendabschnitt 231 der Primärwick
lungshaspel 23 vorgesehen, der sich zur Hochspannungsdi
ode erstreckt. Das Haspelmaterial der Primärwicklungshas
pel 23 ist in diesem Fall ähnlich wie im obenerwähnten
Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27 ein PPS-
Harz (Polyphenylensulfid-Harz).
Selbst wenn bei diesem Aufbau in der Umgebung des Sekun
därwicklungsübergangsabschnitts 221 kleine Hohlräume
erzeugt würden, könnte der Durchbruch der Zündspule 10
verhindert werden, da die Entwicklung der Teilentladungs
kanalbildung aufgrund der kleinen Hohlräume durch den
Primärwicklungshaspel-Endabschnitt 231 begrenzt wird, der
in Richtung des elektrischen Feldes angeordnet ist, und
da ferner die Fortentwicklung der Teilentladungskanalbil
dung zu den Rissen begrenzt wird.
Fig. 4 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Zündspule
gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung, die den
wesentlichen Abschnitt der Zündspule 10 ähnlich wie
Fig. 2 zeigt.
In der dritten Ausführung der Erfindung ist anstelle des
Aufbaus, in dem sich der Haspelendabschnitt 231 der
Primärwicklungshaspel 23 wie in der zweiten Ausführung
nach Fig. 3 in Längsrichtung erstreckt, die Hochspan
nungsseite der Primärwicklungshaspel 23 auf seiten der
Hochspannungsdiode angeordnet, um den Sekundärwicklungs-
Übergangsabschnitt 221 abzudecken. In dieser dritten
Ausführung können die gleichen Wirkungen wie in der
obenbeschriebenen zweiten Ausführung erhalten werden.
Nun werden Haltbarkeitstestergebnisse der Zündspule für
die obenerläuterten Ausführungen der Erfindung beschrie
ben.
Fig. 5 ist ein Diagramm, in der die Lebensdauer bis zur
Zerstörung der Isolierung der Zündspule gemäß der ersten
Ausführung der Erfindung mit einer herkömmlichen Zünd
spule unter den in Fig. 6 gezeigten Testbedingungen und
bei einer Umgebungstemperatur von 140°C verglichen wird.
Aus dem in Fig. 5 gezeigten Ergebnis geht hervor, daß die
Lebensdauer der Zündspule gemäß der Erfindung im Ver
gleich zu einer herkömmlichen Zündspule ungefähr um den
Faktor 2,5 verbessert ist.
Nun wird die Beziehung zwischen den Materialien für das
Teilentladungskanalbildung-Abschirmelement 27, die Pri
märwicklungshaspel, die Sekundärwicklungshaspel und das
Spulengehäuse einerseits und der Isolationslebensdauer
andererseits erläutert.
Fig. 7 zeigt für die in Fig. 2 gezeigte erste Ausführung
der Erfindung die Isoliermaterialien des Teilentladungs
kanalbildung-Abschirmelements 27 für die Fälle, in denen
das Harz (1) PPS (Polyphenylensulfid), (2) PBT (Poly
buthylen-Terephthalat), (3) modifiziertes PPO (modifi
ziertes Polyphenylenoxid), (4) PES (Polyethersulfon), (5)
UP (ungesättigtes Polyester), (6) Epoxid und (7) APS
(Mischung aus PPS und PPO) ist. Für den Test wurde eine
Testprobe vorbereitet, in die eine in Fig. 7 gezeigte
Nadelelektrode eingeschoben wurde, wobei der Teilent
ladungskanalbildungstest bei einer hohen Temperatur von
150°C ausgeführt wurde.
Das Teilentladungskanalbildungs-Haltbarkeitstestverfahren
ist von der Electrics Association zugelassen, wobei die
Lebensdauer bis zur Zerstörung der Isolierung ermittelt
wird. Im Fall (6) des Epoxids werden als Füllmittel
Siliciumoxid-Pulver (40 Vol.-% Auffüllung) verwendet,
während in den anderen Fällen als Füllmittel kurze Glas
fasern (30 Vol.-% Auffüllung) verwendet werden.
Aus den Ergebnissen geht hervor, daß die Artikel, die PPS
in (1) und APS in (7) verwenden, eine vergleichsweise
lange Lebensdauer besitzen, denen die Artikel, die PES in
(4) verwenden, folgen. Es ist nicht klar, weshalb die PPS
und APS verwendenden Artikel bessere Eigenschaften besit
zen, so daß angenommen wird, daß die Teilentladung durch
die Tatsache begrenzt wird, daß zu dem Epoxidharz-Mate
rial eine geringe Menge Schwefel (S) hinzugefügt ist. Wie
durch die in Fig. 9 gezeigte chemische Formel für PPS und
APS gezeigt ist, ist in einer Hauptkette der chemischen
Molekularstruktur ein aromatisches Polymer mit einem
Schwefelatom enthalten. Es wird daher angenommen, daß
dieses aromatische Polymer die Entwicklung der Teilentla
dungskanalbildung begrenzt.
Fig. 10 dient der Erläuterung eines wesentlichen Ab
schnitts der Zündspule 10 gemäß einer vierten Ausführung
der Erfindung und stellt eine Querschnittsansicht in der
Nähe der Hochspannungsdiode 5 der Zündspule dar. Die
Befestigung der Komponenten, die die Sekundärwicklungs
haspel 21, die Sekundärwicklung 22, die Primärwicklungshaspel
23, die Primärwicklung 24 und die obenerwähnte
Hochspannungsdiode 5 umfassen, im Spulengehäuse 13 und
die elektrische Isolation zwischen diesen Komponenten
erfolgt durch ein Vergießharz 26, das ein Epoxidharz
enthält, in das geschmolzenes Siliciumoxid eingemischt
ist.
In der Zündspule mit dem obenbeschriebenen Aufbau wird
während der Erzeugung des Magnetfeldes durch die Primär
wicklung 24 durch Unterbrechen des durch die Primärwick
lung 24 fließenden Stroms in der Sekundärwicklung 22 eine
Hochspannung von ungefähr 30 kV induziert. Diese Hoch
spannung wird an die Zündkerze 3 angelegt, die direkt an
den Hochspannungsanschluß 4 angeschlossen ist.
Die von der Sekundärwicklung 22 erzeugte Hochspannung
wird zwischen die Sekundärwicklung 22, die Primärwicklung
24 und den mittigen Magnetkern 11 angelegt. Da sowohl die
Primärwicklung 24 als auch der äußere Magnetkern 14
zylindrisch um die Sekundärwicklung 22 ausgebildet sind,
wird an einen Abschnitt (unterer Abschnitt unterhalb der
Linie A1-A2 in Fig. 10), der der Sekundärwicklung 22 der
Sekundärwicklungshaspel 21 entspricht, ein nahezu gleich
mäßiges elektrisches Feld angelegt, so daß das Isolati
onsproblem hier kaum auftritt.
Da andererseits in einem Abschnitt oberhalb der Linie A1-
A2 in Fig. 10 der Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitt
221 der Sekundärwicklungshaspel 21 von dem obenerwähnten
konzentrischen zylindrischen Erscheinungsbild abweicht,
tritt in diesem Abschnitt eine starke Konzentration des
elektrischen Feldes auf. In diesem Abschnitt wird ein
Vergießharz 26 verwendet, etwa ein Harz, das geschmolze
nes Siliciumoxid und kristallines Siliciumoxid (wobei das
Mischungsverhältnis, d. h. das Gewicht des ersteren zum
letzteren, 60/40 ist) in einem Anteil von 50 Gew.-%
enthält.
Die Zusammensetzung und die Härtungsbedingung des obenbe
schriebenen Vergießharzes 26 gemäß dieser Ausführung ist
in Tabelle 1 gezeigt, während die physikalischen Eigen
schaften des geschmolzenen Siliciumoxids in Tabelle 2
gezeigt sind.
Tabelle 1
Hauptzusammensetzung und Härtungsbedingung des Vergieß
harzes gemäß der vierten Ausführung
A-Bisphenol-Epoxidharz: 27 Gew.-%
Säureanhydrid-Härtungsmittel: 23 Gew.-%
Füllmittel
kristallines
Siliciumoxid: 20 Gew.-%
geschmolzenes
Siliciumoxid: 30 Gew.-%
Härtungsbedingung
100°C während 2 Stunden und 135°C während 2 Stunden
Tabelle 2
Physikalische Haupteigenschaften von in der vierten
Ausführung verwendetem geschmolzenen Siliciumoxid
Dichte: 2,2
spezifische Wärme: 0,2 kcal/kg°C
Wärmeleitfähigkeit: 1,4 W/m°C
lineare Ausdehnungsrate: 0,5 × 10-6
deg-1
Dielektrizitätskonstante: 3,5
Wie oben gezeigt worden ist, tritt in der Nähe des Sekun
därwicklungs-Übergangsabschnitts 221 der Sekundärwick
lungshaspel 21, wo die Konzentration des elektrischen
Feldes erheblich ist, aufgrund des Vorhandenseins des
Vergießharzes 25, das Epoxidharz enthält, in das ge
schmolzenes Siliciumoxid eingemischt ist, ein kleiner Riß
selbst bei niedriger Temperatur kaum auf, ferner wird die
Erzeugung und die Fortentwicklung der Teilentladungska
nalbildung, die zur Zerstörung der Isolation bei hoher
Temperatur führt, begrenzt, mit dem Ergebnis, daß die
Isolationshaltbarkeitsleistung der Zündspule erhöht ist.
Die Ergebnisse des Haltbarkeitstests der Zündspule gemäß
dieser Ausführung im Wärmezyklusofen wurden mit den
Ergebnissen des Haltbarkeitstests der herkömmlichen
Zündspule im Wärmezyklusofen verglichen, wobei sich
ähnliche Wirkungen wie in Fig. 5 gezeigt ergaben. Bei der
herkömmlichen Zündspule wurde das Vergießharz 26 mit
amorphem, kristallinen Siliciumoxid als Füllmittel in
einem Anteil von 55 Gew.-% eingefüllt. Die Isolations
haltbarkeitsleistung der erfindungsgemäßen Zündspule kann
im Vergleich zu derjenigen der herkömmlichen Zündspule
ungefähr um den Faktor 1,7 verbessert werden.
Fig. 11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem
Anteil des geschmolzenen Siliciumoxids im Füllmittel und
der Isolationshaltbarkeit für den Fall zeigt, in dem
geschmolzenes Siliciumoxid und kristallines Siliciumoxid
zum Vergießharz 26 hinzugefügt worden sind. Falls der
Anteil des Füllmittels im Vergießharz 26 im Bereich von
30 bis 75 Gew.-% liegt, wird eine gute Begrenzungswirkung
für die obenerwähnte Teilentladungskanalbildung erhalten.
Unterhalb von 20 Gew.-% ist die Begrenzungswirkung ge
ring, während oberhalb von ungefähr 85 Gew.-% die Wärme
leitfähigkeit des Vergießharzes 26 abnimmt und der Tempe
raturanstieg in der Umgebung des Sekundärwicklungsleiters
groß ist, mit dem Ergebnis, daß sich leicht die Teilent
ladungskanalbildung entwickelt und die Isolationshaltbar
keit verschlechtert wird.
Fig. 12 ist ein Graph zur Erläuterung der Wirkungen einer
fünften Ausführung der Erfindung. Die Haltbarkeit von
geschmolzenem Siliciumoxid mit sphärischer Form (mit
Ausnahme der sphärischen Form sind die physikalischen
Eigenschaften die gleichen wie in Tabelle 2 gezeigt),
wovon die gleiche Menge wie in der vierten Ausführung als
Füllmittel zum Vergießharz 26 hinzugefügt worden ist,
wird mit der Haltbarkeit einer herkömmlichen Zündspule
verglichen. Da hierbei die Form des Füllmittels sphärisch
ist, treten kaum kleine Risse auf, so daß die Isolations
haltbarkeit weiter erhöht werden kann.
Obwohl in der obigen Ausführung für das zum Auffüllen das
geschmolzene A-Bisphenol-Siliciumoxid verwendet wird und
für das Härtungsmittel Säureanhydrid verwendet wird, ist
die Erfindung nicht auf diesen Epoxidharz-Typ einge
schränkt, statt dessen können mit anderen Typen (z. B.
ein Epoxidharz des Novolak-Typs und ein Härtungsmittel
der Amin-Klasse) ähnliche Wirkungen erhalten werden.
Wenn die ersten bis dritten Ausführungen mit der vierten
und der fünften Ausführung kombiniert werden, kann eine
Zündspule mit weiter verbesserter Isolationshaltbarkeits
leistung erhalten werden. Erfindungsgemäß ist in der
Umgebung des Sekundärwicklungsübergangsabschnitts, in dem
die Sekundärwicklung und der Hochspannungsleitungsdraht
elektrisch verbunden sind, ein Element angeordnet, das
ein Material enthält, das die Fortentwicklung einer
Teilentladungskanalbildung verhindert. Dadurch kann die
Teilentladungskanalbildung begrenzt werden, mit der
Folge, daß die Zündspule eine bessere Haltbarkeit be
sitzt.
Da ferner erfindungsgemäß die Spulenkomponenten wie etwa
die Primärwicklung und die Sekundärwicklung und derglei
chen unter Verwendung des Vergießharzes befestigt sind,
wobei in dem Vergießharz dem Epoxidharz vorgegebenes
geschmolzenes Siliciumoxid hinzugefügt ist, und da insbe
sondere der Sekundärwicklungs-Übergangsabschnitt isoliert
ist, kann das Auftreten und die Fortentwicklung der
Teilentladungskanalbildung bei hoher Temperatur begrenzt
werden, mit dem Ergebnis, daß eine Zündspule mit verbes
serter Haltbarkeit geschaffen wird und ein Verbrennungs
motor mit einer Zündspule mit langer Lebensdauer geschaf
fen werden kann.