DE19962279C2 - Zündspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündspule gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Zündspulen, insbesondere Stabzündspulen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese dienen hauptsächlich zur Erzeugung der Zündkerzenhochspannung für nach dem Otto- Prinzip arbeitende Brennkraftmaschinen. Eine solche Zünd­ spule stellt einen Hochspannungstransformator mit einem Magnetkreis dar, der aus einem von einer Primär- bzw. Se­ kundärspule umschlossenen Hauptkern sowie aus Rückschluß­ schenkeln bzw. Jochteilen besteht.

Die Primärwicklung einer solchen Stabzündspule wird über eine Steuerelektronik mit einer Versorgungsspannung ver­ sorgt. Die Steuerelektronik unterbricht den Primärstrom, wodurch sekundärseitig Hochspannungsimpulse zur Beauf­ schlagung des Zündmittels, insbesondere einer Zündkerze, erzeugt werden.

Eine derartige Stabzündspule ist z. B. aus der DE 197 02 438 A1 bekannt. Diese Druckschrift lehrt u. a., das Gehäuse der Stabzündspule aus Kunststoff zu fertigen und eine aus weichmagnetischem Material gefertigte Hülse, welche Teil des Magnetkreises ist, über oder unter dem Gehäuse anzuordnen.

Bei Stabzündspulen mit E-förmigem Kern kann dieser über ein Kunststoffgehäuse der Zündspule hinausragen oder dieses zumindest teilweise umgreifen. Eine Zündspule mit E- Kern ist aus der DE 84 09 941 U1 bekannt.

Alternativ zur Ausführung des Zündspulengehäuses aus Kunststoff ist in DE 197 43 544 A1 eine Stabzündspule mit Metallgehäuse beschreiben.

In der näheren Umgebung des Gehäuses der Zündspule können elektromagnetische Felder vorhanden sein, die von ver­ schiedenen Quellen stammen können.

Eine Hauptquelle für derartige Felder sind die Spulen im Innern der Zündspule nach deren Inbetriebnahme. Bei Vor­ handensein von weichmagnetischen Streckenabschnitten des Magnetkreises wird der von den Spulen erzeugte magneti­ sche Fluß zwar in diesen gebündelt, sie verhindern jedoch nicht, daß bei Zündspulen mit Kunststoffgehäuse insbeson­ dere elektrische Felder durch das Gehäuse der Spule hin­ durch oder an diesem vorbei in die Umgebung der Spule austreten. Die elektrischen Feldlinien können dann durch die Umgebungsluft der Zündspule z. B. zu dem als Senke fungierenden geerdeten Motorblock der Brennkraftmaschine verlaufen.

Auch eine nur lokal vorhandene geerdete Abschirmung, sei sie als Teil des Gehäuses oder unabhängig davon ausge­ führt, kann den Austritt von Feldlinien aus der Zündspule nicht vollständig verhindern.

Die Feldstärke der austretenden elektrischen Felder ist beispielsweise dann besonders groß, wenn die hochspan­ nungsseitige Sekundärspule in unmittelbarer Nähe des Kunststoffgehäuses, d. h. auf einem äußeren Spulenkörper angebracht ist, oder wenn sie - bei Montage auf einem inneren Spulenkörper - nur teilweise von der dann außen liegenden Primärwicklung abgeschirmt wird.

Bei Vorhandensein von elektrischen Feldern in der unmit­ telbaren Umgebung (Nahfeld) der Zündspule, insbesondere - wie oben beschrieben - bei einem Austritt starker elek­ trischer Felder aus dem Innern der Zündspule, kann es im Laufe der Zeit zu einer lokalen Zerstörung der Kunst­ stoffteile des Gehäuses der Zündspule kommen. Dafür gibt es im wesentlichen zwei Ursachen, die im folgenden erläu­ tert werden.

Zum einen kann es bei Vorhandensein starker elektrischer Felder in der die Zündspule umgebenden Luft im Bereich von spitzen oder kantigen Stellen des Gehäuses, insbeson­ dere im Bereich des dem Motorblock zugewandten Randes des Gehäuses, zu sog. Teilentladungen kommen. Gründe dafür sind eine an diesen Stellen geometrisch-bedingt auftre­ tende relativ hohe Ladungsträgerkonzentration sowie die gegenüber dem Innern der Zündspule andere Dielektrizi­ tätskonstante ε der Umgebungsluft.

Durch die Teilentladungsvorgänge kommt es in der Umge­ bungsluft zur Bildung von Radikalen, z. B. Ozon. Diese Ra­ dikale reagieren chemisch mit dem Kunststoff und zerset­ zen ihn (mittelbare Einwirkung der elektrischen Felder). In besonders schweren Fällen ist nicht auszuschließen, daß sich die zerstörerische Wirkung der Radikale auch bis in das Innere der Zündspule auswirkt und dort auch die Erzeugung der Hochspannung für die Zündkerze beeinträch­ tigt.

Zum anderen führt eine unmittelbare Einwirkung der elek­ trischen Felder selber auf den Kunststoff zu einer Zerstörung desselben, genauer gesagt zu einer Zersetzung desselben durch Aufbrechen seiner Molekülketten.

Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aus dem Stand der Technik bekannte Zündspule, insbesondere eine Stabzündspule, derart wei­ terzubilden, daß sie und insbesondere die Kunststoffteile ihres Gehäuses vor einer Zerstörung durch mittelbare und unmittelbare Einwirkung von elektrischen Feldern ge­ schützt sind.

Erfindungsgemäß wird die zuvor hergeleitete und aufge­ zeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kunststoffteil des Gehäuses (1) zumindest stellenweise eine durch Spritzen aufgebrachte äußere metallische Beschichtung (11) auf­ weist.

Das Aufbringen metallischer und magnetisch hoch perme­ abler Schichten auf Kunststoffgehäuse zur Schirmung elek­ trischer, elektromagnetischer und magnetischer Nah- und Fernfelder ist allgemein in DE 37 25 929 A1 beschrieben. Im Gegensatz zur dort angestrebten Reduktion der Beein­ trächtigung der Funktionsweise elektrischer Schaltungen bewirkt die in dieser Erfindung verwendete metallische Schirmung den Schutz der durch mittelbare und unmittelba­ re Einwirkung elektromagnetischer Felder hervorgerufenen Zerstörung der Kunststoffteile der Zündspule.

Mit dem Spritzverfahren als Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung wird eine vergleichsweise einfache Herstellung sowie eine gleichmäßige Dicke der Beschichtung gewährleistet. Demgegenüber sind galvanische Verfahren, deren Anwendung ebenfalls denkbar ist, relativ aufwändig und kostspielig.

Die erfindungsgemäß vorgesehene äußere Beschichtung iso­ liert die Kunststoffteile der Zündspule bzw. deren Gehäu­ ses gegenüber der Umgebungsluft, weil sie unmittelbar auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht wird. Deshalb haben Radikale, z. B. Ozongas, die sich als Folge von Teilentla­ dungsprozessen in der Umgebungsluft, d. h. aufgrund der mittelbaren Einwirkung von elektrischen Feldern, bilden, keine Gelegenheit mehr, direkt auf den Kunststoff einzu­ wirken und diesen zu zerstören.

Eine Beschichtung empfiehlt sich insbesondere an den Rän­ dern oder Begrenzungsflächen des Gehäuses, weil diese aufgrund ihrer Geometrie besonders anfällig sind für hohe Ladungsträgerkonzentrationen und daraus resultierende Teilentladungsprozesse.

Vielmehr ist bei dieser Ausgestaltung nur noch die den Kunststoffteilen abgewandte Seite der äußeren Beschich­ tung der Umgebungsluft und damit den Radikalen ausge­ setzt. Die Beschichtung selber ist aber, weil sie aus Me­ tall besteht, resistent gegen die Einwirkung der Radikale und bietet deshalb einen dauerhaften Schutz für die Kunststoffteile bzw. deren Oberflächen.

Die Beschichtung weist eine möglichst hohe Leitfähigkeit auf; dies wird durch deren Metallcharakter gewährleistet. Je höher ihre Leitfähigkeit ist, desto besser schirmt die Beschichtung die von ihr abgedeckten Kunststoffteile ge­ gen eine unmittelbare Einwirkung von in der Umgebungsluft befindlichen elektrischen Feldern ab. Die Felder könnten ansonsten bei Langzeitbetrieb der Zündspule eine Zerset­ zung des Kunststoffs durch Aufbrechen seiner Molekülket­ ten bewirken.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist es vorteil­ haft, wenn die Beschichtung aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Zink, gebildet ist. Diese Metalle zeigen eine besonders gute Resistenz gegenüber den bei Teilent­ ladungsprozessen entstehenden Radikalen.

Weil starke elektrische Felder - wie oben beschrieben - auch im Innern der Zündspule selber entstehen, ist es sinnvoll, auch die Innenseite des Kunststoffgehäuses zu­ mindest stellenweise durch eine metallische Beschichtung vor einer unmittelbaren Einwirkung dieser Felder zu schützen.

Da die höchsten Feldstärken an der Oberfläche des Gehäu­ ses in dem an den Hochspannungsanschluß der Zündspule an­ grenzenden Bereich auftreten, ist es vorteilhaft, daß zu­ mindest die Kunststoffteile in diesem Bereich die Be­ schichtung aufweisen.

Es ist empfehlenswert, Teile des magnetischen Kerns der Zündspule ebenfalls mit der Beschichtung zu versehen, wenn diese über das Gehäuse nach außerhalb der Zündspule ragen. Die Beschichtung verhindert dann bei den der Umge­ bungsluft ausgesetzten Flächen des Kerns eine Korrosion, die ansonsten zumindest teilweise auch aufgrund der durch die Teilentladungsprozesse gebildeten Radikale in der Um­ gebungsluft entstehen würde.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zündspule dadurch er­ reicht wird, daß die Beschichtung als eine durch Plas­ maspritzen hergestellte Schicht ausgeführt ist.

Um im Hinblick auf die Langzeitstabilität der Beschich­ tung eine Oxidation derselben zu verhindern, ist die er­ findungsgemäße Zündspule dadurch weitergebildet, daß die Beschichtung mit einem Schutzüberzug versehen ist.

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungs­ gemäße Zündspule auszugestalten und weiterzubilden. Hier­ zu wird beispielsweise einerseits auf die dem Patentan­ spruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Stabzündspule; und

Fig. 2 einen gegenüber dem Längsschnitt aus Fig. 1 senkrechten Längsschnitt durch die Stabzündspu­ le.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer er­ findungsgemäßen Stabzündspule weist ein Kunststoffgehäuse 1 auf. Innerhalb dieses Gehäuses 1 befindet sich eine Transformatoreinrichtung. Diese umfaßt einen äußeren Spu­ lenkörper 2 mit einer nicht dargestellten Sekundärwick­ lung und einen inneren Spulenkörper 3 mit einer ebenfalls nicht dargestellten Primärwicklung. Die Anordnung von Primär und Sekundärwicklung kann auch vertauscht sein. Innerhalb des inneren Spulenkörpers 3 sind ein weichma­ gnetischer Kern 4 und ein Dauermagnet 8 als Teile eines magnetischen Kreises der Zündspule angeordnet.

Die Primärwicklung ist über eine Steuerelektronik, die in einem seitlich des Gehäuses 1 angeordneten weiteren Gehäuse 6 untergebracht ist, mit einer Versorgungsspannung verbunden, die über einen Primärstecker 7 extern bereit­ gestellt wird.

Die Steuerelektronik hat die Aufgabe, den von der Versor­ gungsspannung gelieferten Gleichstrom geeignet zu unter­ brechen, so daß sich durch die als Transformator wirkende Kombination aus Primär- und Sekundärspule sekundärseitig eine pulsförmige Hochspannung ergibt, mit der eine nicht dargestellte Zündkerze beaufschlagt wird.

Die Sekundärwicklung steht in Verbindung mit einem Hoch­ spannungsanschluß 5, welcher im Betriebsfalle der Zünd­ spule zur elektrischen Kontaktierung der Zündkerze dient.

Zur elektrischen Entstörung sind im Bereich des Hochspan­ nungsanschlusses 5 Entstörwiderstände 9 und im Bereich des Primärsteckers 7 Entstörkondensatoren 10 vorgesehen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der weichmagnetische Kern als zweiteiliger, das Gehäuse 1 teilweise umgreifender E-förmiger Kern ausgebildet ist. Die Mittelschenkel 4 der beiden E-förmigen weichmagnetischen Kerne werden jeweils von den Enden her in das Gehäuse 1 eingeschoben. Die den magnetischen Rückschluß gewährleistenden äußeren Ab­ schnitte 12 des Kerns stehen mit ihren Außenflächen in Kontakt zur Umgebungsluft. Bei auftretenden hohen elek­ trischen Feldstärken sind diese äußeren Abschnitte 12 stellenweise dem Angriff freier Radikale ausgesetzt, was zu einer Korrosion dieser Abschnitte 12 des weichmagneti­ schen Kerns 4 führt.

In den Fig. 1 und 2 ist die Beschichtung 11 zu dem Ge­ häuse 1 und zu den Kernabschnitten 12 zur besseren Veranschaulichung beabstandet gezeichnet; tatsächlich wird sie allerdings, wie nachfolgend beschrieben wird, unmittel­ bar, d. h. ohne dazwischen befindliche Luft, auf das Ge­ häuse oder die Kernabschnitte aufgebracht.

Die metallische Beschichtung 11 wird bevorzugt im mon­ tierten Zustand einer erfindungsgemäßen Stabzündspule durch ein Spritzverfahren, vorzugsweise Plasmaspritzen auf die Außenflächen, d. h. die der Umgebungsluft zuge­ wandten Flächen, der Stabzündspule aufgebracht. Dadurch werden gleichzeitig die Außenwandungen des Gehäuses 1 (vgl. Fig. 1) als auch die außen liegenden Flächen des weichmagnetischen Kerns 4 (Fig. 2) metallisch, leitfähig beschichtet. Das Spritzverfahren gewährt einen gasdichten Abschluß der Kunststoffoberfläche vor der Umgebungsluft und den bei Teilentladungsprozessen darin befindlichen Radikalen.

Als Beschichtungsmaterialien haben sich insbesondere Alu­ minium oder Zink bewährt. Dieser Metalle zeigen einer­ seits eine besonders gute Resistenz gegenüber den Radika­ len. Aufgrund ihrer Leitfähigkeit stellen sie darüber hinaus eine wirkungsvolle Abschirmung für die Kunststoff­ teile gegenüber einer direkten Einwirkung von elektri­ schen Feldern dar.

Das Innere des Gehäuses 1 ist teilweise mit einer Harz­ füllung vergossen. Hierzu sind auf der Oberseite des Ge­ häuses 1 Einspritznippel vorgesehen, mittels derer die Harzmasse in den Bereich zwischen dem inneren und äußeren Spulenkörper 2, 3 eingespritzt wird.

Der Bereich zwischen dem äußeren Spulenkörper 2 und der Innenwand des Gehäuses 1 ist dabei ebenso von der Harzmasse ausgespart, wie der Bereich zwischen der Innenseite des inneren Spulenkörpers 3 und dem weichmagnetischen Kern 4.

Claims (7)

1. Zündspule, insbesondere Stabzündspule, zum Bereitstel­ len einer Hochspannung für ein Zündmittel einer Brenn­ kraftmaschine, wobei die Zündspule aufweist:
eine Transformatoreinrichtung zur Erzeugung der Hoch­ spannung; und
ein zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigtes Ge­ häuse (1), welches die Transformatoreinrichtung zumin­ dest teilweise umgibt;
dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffteil des Ge­ häuses (1) zumindest stellenweise eine durch Spritzen aufgebrachte äußere metallische Beschichtung (11) auf­ weist.

2. Zündspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus Aluminium oder Zink besteht.

3. Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die metallische Beschichtung zumindest stel­ lenweise auch an der Innenseite des Gehäuses angebracht ist.

4. Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zumindest auf Höhe eines Hochspannungsanschlusses, welcher in der Zündkerze zur Bereitstellung der Hochspannung für das Zündmittel dient, auf den Kunststoffteilen angebracht ist.

5. Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der weichmagnetische Kern (4) als ein das Gehäuse (1) teilweise umgreifender, zwei­ teiliger E-förmiger Kern ausgebildet ist und daß die außen liegenden Flächen des weichmagnetischen Kerns (4) zumindest teilweise die Beschichtung (11) aufweisen.

6. Zündspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (11) durch Plasmaspritzen hergestellt ist.

7. Zündspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit einem Schutzüberzug versehen ist.