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Die Erfindung betrifft einen Transformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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I. Stand der Technik
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Ein derartiger Transformator ist beispielsweise in der
EP 1 336 975 A2 offenbart. Diese Schrift beschreibt einen Stabkerntransformator für eine Zündvorrichtung einer Hochdruckentladungslampe mit zwei stabförmigen, nebeneinander angeordneten Stabkernen aus ferrimagnetischem Material, auf die jeweils eine mehrlagig ausgebildete Sekundärwicklung gewickelt ist. Der Stabkerntransformator besitzt außerdem zwei außen liegend angeordnete Primärwicklungen, die jeweils über einer der Sekundärwicklungen auf dem jeweiligen Stabkern angeordnet sind.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Transformator mit verbesserter induktiver Kopplung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Transformator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Transformator ist für die Verwendung in einer Zündvorrichtung einer Entladungslampe zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen vorgesehen. Er besitzt mindestens eine Primärwicklung und mindestens eine Sekundärwicklung sowie einen Transformatorkern aus ferrimagnetischem oder ferromagnetischem Material. Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Primärwicklung innen liegend am Transformatorkern angeordnet und die mindestens eine Sekundärwicklung ist auf einem Spulenkörper angeordnet, der den Transformatorkern umgibt.
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Durch die vorgenannten Merkmale des erfindungsgemäßen Transformators wird eine sehr gute induktive Kopplung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung gewährleistet, die es im Vergleich zu Transformatoren mit außen liegender Primärwicklung ermöglicht, Windungen und damit Kupfermaterial bei der mindestens einen Sekundärwicklung einzusparen. Dadurch werden außerdem der elektrische Widerstand, insbesondere auch der Wechselstromwiderstand, und die Gesamtlänge der mindestens einen Sekundärwicklung sowie der Platzbedarf für die mindestens eine Sekundärwicklung reduziert. Durch die vorgenannte Reduktion des Wechselstromwiderstands kann der erfindungsgemäße Transformator nicht nur in Impulszündgeräten, sondern außerdem auch in Resonanzzündgeräten für Entladungslampen verwendet werden, die mit elektrischen Wechselströmen und Wechselspannungen hoher Frequenz betrieben werden. Insbesondere kann die mindestens eine Sekundärwicklung des erfindungsgemäßen Transformators derart in die Zünd- und Betriebschaltung der Entladungslampe integriert sein, dass sie nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Entladungslampe vom Lampenwechselstrom durchflossen wird und zur Begrenzung des Lampenstroms dient.
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Der Spulenkörper des erfindungsgemäßen Transformators ermöglicht eine hochspannungsfeste elektrische Isolierung der mindestens einen Sekundärwicklung gegenüber der mindestens einen Primärwicklung und dem Transformatorkern.
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Vorteilhafterweise sind die mindestens eine Primärwicklung und der Transformatorkern elektrisch isoliert voneinander angeordnet. Dadurch können für den Transformatorkern auch elektrisch leitende Ferritmaterialien mit hoher Permeabilitätszahl verwendet werden.
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Vorzugsweise besteht die mindestens eine Primärwicklung des erfindungsgemäßen Transformators aus elektrisch isoliertem Draht, um dadurch auf einfache Weise eine zuverlässige elektrische Isolierung zwischen der mindestens einen Primärwicklung und dem Transformatorkern zu gewährleisten. Beispielsweise ist der Draht der mindestens einen Primärwicklung zu dem vorgenannten Zweck mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht oder mit einem Kunststoffmantel aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial versehen. Alternativ kann die elektrische Isolierung zwischen der mindestens einen Primärwicklung und dem Transformatorkern auch mit Hilfe einer elektrisch isolierenden Folie, beispielsweise einer Kunststofffolie aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial, gewährleistet werden, die zwischen der mindestens einen Primärwicklung und dem Transformatorkern angeordnet ist.
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Die mindestens eine Primärwicklung des erfindungsgemäßen Transformators besteht vorzugsweise aus Flachdraht, um eine hohe Stromtragfähigkeit und eine gute induktive Kopplung zur mindestens einen Sekundärwicklung zu ermöglichen. Der Flachdraht ist aus den oben genannten Gründen vorzugweise mit einem elektrisch isolierenden Material in Form einer Lackschicht oder einer Kunststoffhülle ummantelt.
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Vorteilhafter Weise besteht der Spulenkörper des erfindungsgemäßen Transformators aus elektrisch isolierendem Material, um eine hochspannungsfeste elektrische Isolierung zwischen der mindestens einen Sekundärwicklung und dem Transformatorkern sowie der mindestens einen Primärwicklung zu gewährleisten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die mindestens eine Primärwicklung im Material des Spulenkörpers eingebettet.
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Die mindestens eine Sekundärwicklung des erfindungsgemäßen Transformators ist vorteilhafter Weise in mehreren, orthozyklisch übereinander gewickelten Lagen auf dem mindestens einen Spulenkörper angeordnet. Durch die vorgenannte orthozyklische Anordnung der mindestens einen Sekundärwicklung ist sie in kompakter, Platz sparender Weise auf dem Spulenkörper gewickelt.
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Vorteilhafter Weise besitzt der Spulenkörper des erfindungsgemäßen Transformators auf seiner Oberfläche eine Rillenstruktur zur Aufnahme einer untersten Lage der mindestens einen Sekundärwicklung, um auf diese Weise eine Führung beim Wickeln der Windungen der untersten Lage der mindestens einen Sekundärwicklung zu ermöglichen.
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Die Lagen der mindestens einen Sekundärwicklung des erfindungsgemäßen Transformators sind vorzugsweise parallel geschaltet, um eine möglichst geringe ohmsche Impedanz der mindestens einen Sekundärwicklung zu gewährleisten und auch bei großem Windungszahlenverhältnis von Sekundär- zu Primärwicklung des Transformators einen für die Zündvorrichtung einer Entladungslampe ausreichend hohen Stromfluss auf der Sekundärseite des erfindungsgemäßen Transformators zu gewährleisten.
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III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines Transformators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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2 Eine Schaltskizze der Wicklungen des in 1 abgebildeten Transformators
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3 Eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines Transformators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Der in 1 schematisch dargestellte Transformator ist als Stabkerntransformator ausgebildet und ist für die Verwendung als Zündtransformator in einer Zündvorrichtung für eine Entladungslampe, insbesondere für eine Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer eingesetzt ist, vorgesehen.
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Dieser Transformator besitzt einen stabförmigen, kreiszylindrischen Transformatorkern 1, der beispielsweise aus manganhaltigem Ferritmaterial oder Nickel-Zink-Ferritmaterial besteht. Unmittelbar auf den Transformatorkern 1 ist eine Primärwicklung 2 gewickelt, die drei Windungen besitzt und aus Kupferflachdraht besteht. Der Kupferflachdraht ist mittels einer Lackschicht auf seiner Oberfläche gegenüber dem Transformatorkern 1 elektrisch isoliert, so dass die drei Windungen der Primärwicklung 2 im Fall eines elektrisch leitenden Transformatorkernmaterials nicht elektrisch kurzgeschlossen werden.
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Der Transformatorkern 1 und die darauf angeordnete Primärwicklung 2 sind von einem rotationssymmetrischen Spulenkörper 3 aus elektrisch isolierendem Kunststoff umgeben. Der Spulenkörper 3 besitzt eine Kammer 30 zur Aufnahme einer Sekundärwicklung 4. Die Kammer 30 wird von zwei stirnseitigen, senkrecht zur Zylinderachse des Transformatorkerns 1 ausgerichteten Seitenwänden 31, 32 und von einem, als Zylindermantelfläche geformten und den Transformatorkern 1 umgebenden Kammerboden 33 begrenzt. Der Kammerboden 33 bildet einen Hohlzylinder zur Aufnahme des Transformatorkerns 1 und der darauf gewickelten Primärwicklung 2.
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Die Sekundärwicklung 4 besteht aus Kupferrunddraht, dessen Oberfläche bzw. Mantelfläche zwecks elektrischer Isolierung mit einer Lackschicht versehen ist. Die Sekundärwicklung 4 besitzt vier Lagen 41, 42, 43, 44, die übereinander gewickelt und in der Kammer 30 des Spulenkörpers 3 angeordnet sind. Jede Lage 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung weist 140 Windungen auf. Die erste, unterste Lage 41 der Sekundärwicklung ist auf den Kammerboden 33 gewickelt, dessen kammerseitige Oberfläche Rillen zur Aufnahme der Windungen der ersten Lage 41 der Sekundärwicklung 4 aufweist. Die zweite Lage 42 der Sekundärwicklung 4 ist mit Versatz auf die erste Lage 41 gewickelt. Der Versatz zwischen einander entsprechenden Windungen der ersten 41 und zweiten Lage 42 entspricht dem halben Durchmesser des Kupferrunddrahts der Sekundärwicklung 4.
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Das heißt, der Versatz zwischen der n-ten Windung der ersten Lage 41 und der n-ten Windung der zweiten Lage 42 beträgt die Hälfte des Kupferrunddrahtdurchmessers, wobei n für eine Zahl im Bereich von 1 bis 140 steht. Analog dazu ist die dritte Lage 43 der Sekundärwicklung 4 mit Versatz auf die zweite Lage 42 aufgewickelt und die vierte Lage 44 der Sekundärwicklung 4 ist mit Versatz auf die dritte Lage 43 aufgewickelt. Der Versatz zwischen einander entsprechenden Windungen benachbarter Lagen der Sekundärwicklung 4 entspricht, wie oben beschrieben, jeweils der Hälfte des Kupferrunddrahtdurchmessers der Sekundärwicklung 4. Die vier Lagen 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4 sind somit orthozyklisch auf den Spulenkörper 3 gewickelt. Alle vier Lagen 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4 füllen die Kammer 30 des Spulenkörpers 3 vollständig aus, das heißt, sie erstrecken sich jeweils von der ersten Seitenwand 31 bis zur zweiten Seitenwand 32 der Kammer 30 des Spulenkörpers 3. Insbesondere existiert in der Mitte der Kammer 30 kein Leerraum ohne Windungen. In der schematischen 1 sind jeweils nur die Windungen an den Enden der vier Lagen 41, 42, 43, 44 abgebildet und die mittleren Windungen der vier Lagen 41, 42, 43, 44 sowie der mittlere Teil der Kammer 30 des Spulenkörpers 3 sind mittels geschlängelter Linien ausgeblendet. Die vier Lagen 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4 sind elektrisch parallel geschaltet. Das heißt, jede Lage 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4 besitzt einen eigenen Wicklungsanfang 41a, 42a, 43a, 44a und ein eigenes Wicklungsende 41b, 42b, 43b, 44b, wobei die Wicklungsanfänge 41a, 42a, 43a, 44a aller vier Lagen 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4 miteinander elektrisch leitend verbunden sind und außerdem auch die Wicklungsenden 41b, 42b, 43b, 44b aller vier Lagen 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4 miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Wicklungsenden 41b, 42b, 43b, 44b sind außerdem mit einem ersten elektrischen Anschluss 45 des Transformators, nämlich dem Hochspannungsanschluss 45 der Sekundärwicklung 4 verbunden, an dem während der Zündphase der Entladungslampe eine Hochspannung von ca. 25 kV zum Zünden der Gasentladung in der Lampe bereitgestellt wird. Die Wicklungsanfänge 41a, 42a, 43a, 44a der Sekundärwicklung 4 sind mit einem zweiten elektrischen Anschluss 46 des Transformators verbunden, der beispielsweise an ein Massebezugspotenzial der Betriebsvorrichtung der Entladungslampe angeschlossen ist. Die Wicklungsanfänge 41a, 42a, 43a, 44a der Sekundärwicklung 4 bilden gemeinsam einen zweiten elektrischen Anschluss 46 des Transformators aus. Zwei weitere elektrische Anschlüsse 47, 48 des Transformators werden vom Wicklungsanfang 21 und dem Wicklungsende 22 der Primärwicklung 2 des Transformators gebildet. 2 zeigt eine Schaltskizze der Anordnung der Primärwicklung 2 und der einzelnen Lagen 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4. Der Anschluss 47 und der Wicklungsanfang 21 der Primärwicklung 2 können ebenfalls an das vorgenannte Massepotenzial angeschlossen sein. In diesem Fall können die beiden Anschlüsse 46 und 47 identisch sein bzw. der Wicklungsanfang 21 der Primärwicklung 2 kann in diesem Fall mit dem Anschluss 46 verbunden sein und der Anschluss 47 kann entfallen.
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Das in 3 abgebildete zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators unterscheidet sich vom oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators nur dadurch, dass beim Transformator gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Primärwicklung 2 mittels Kunststoffspritzgusstechnik im Kunststoffmaterial des Kammerbodens 33 des Spulenkörpers 3 eingebettet ist und Wicklungsanfang 21 sowie Wicklungsende 22 der Primärwicklung 2 im Kunststoffmaterial der Seitenwände 31, 32 des Spulenkörpers 3 eingebettet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil einer einfachen Montage, da zur Montage des Transformators nur der Transformatorkern 1 in den vom Kammerboden 33 gebildeten Hohlzylinder des vorgefertigten, mit den Transformatorwicklungen 2, 4 bestückten Spulenkörpers 3 eingeführt werden muss. In allen anderen Details stimmen die Transformatoren gemäß den beiden Ausführungsbeispielen überein. Daher werden in den 1 und 3 für identische Teile dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung auf die entsprechenden Textstellen der Beschreibung des Transformators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen. Auch in 3 sind für die vier Lagen 41, 42, 43, 44 der Sekundärwicklung 4 die mittleren Windungen der Lagen 41, 42, 43, 44 nicht abgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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