DE2035368A1

DE2035368A1 - Induktives und/oder kapazitives elektri sches Bauelement

Info

Publication number: DE2035368A1
Application number: DE19702035368
Authority: DE
Inventors: Mario Turin Palazzetti (Italien) P
Original assignee: Fiat Societa per Aziom, Turin (Italien)
Priority date: 1969-07-16
Filing date: 1970-07-16
Publication date: 1971-02-04
Also published as: FR2051787A1; FR2051787B1; US3660790A; DE7026843U; GB1321439A

Description

PATENTANWÄLTE MÜNCHENS

DR.-IN©. H. FINCKE <■> ο 0 C Π C β MOLLERSTB 31

DIPL-ING. H. BOHR 2035368 "ULLERSTR. 31 DIPL.-ΙΝΘ. S. STAEGER J β. JUL11970 ■

Beschreibung M8465

zum Patentgesuch

der Firma F IA T Societa per Azioni, Turin /ITALIEN

betreffend
INDUKTIVES UND/ODER KAPAZITIVES ELEKTRISCHES BAUELEMENT

PRIORITÄT: 16. Juli I969 - ITALIEN

Die Erfindung betrifft ein induktiv-kapazitives" elektrisches Bauelement, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Zündstromkreise von Brennkraftmaschinen.

Ein Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines elektrischen Bauelementes, das als Induktivität und Kapazität oder lediglich als Kapazität dienen kann, vorzugsweise mit einer Beziehung zwischen den Werten der Induktivität sowie der Kapazität, welche innerhalb eines weiten Bereiches umfaßt sind.

Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines induktiv-kapazitiven Bauelementes, welches die Verwirklichung einer integrierten Struktur ermöglicht, beispielsweise als Transformator.

Ein erfindungsgemässes Bauelement mit induktiven und/oder kapazitiven
Eigenschaften ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: Zumindest zwei Spulen, welche Seite an Seite sowie elektrisch voneinander isoliert aufgewickelt sind, wobei jede Spule spiralig gewickelt ist, entsprechende
Eingange- und Ausgangsanschlüsse, welche an den Spulen in einem Abstand, längs der Spiralen gemessen, in Abhängigkeit von dem geforderten kapazitiven und induktiven oder kapazitiv/induktiven Verhalten angebracht sind*

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wobei der Induktivitätswert durch einen Teil der Spiralspulen bestimmt ist, welcher zwischen den Anschlüssen liegt_β während der Kapazitätswert durch die Kopplung zwischen der Gesamtheit der Spulen bestimmt ist«,

Die Lage der Anschlüsse wird in natürlicher Weise hinsichtlich praktischer Erfordernisse gewählt» Somit kann ein Anscnluß an einer Zwischenstelle einer der Spiralspulen angebracht sein₉ während ein anderer Anschluß an einem der Enden oder an einer Zwischenstelle an einer anderen Spiralspule sitzt. Die Anschlüsse könnea auch an zwei entgegengesetzten Enden der Spiralspulen oder an benachbarten Enden derselben vorgesehen sein.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Spulen aus Lamellenelementen gebildet (d.h. Elementen mit ausgedehnten Flächen), welche koaxial in Spiralform gewickelt sind»

Wenn eine Funktion als induktiv-kapazitives Bauelement gewünscht ist, können Spulen aus ferromagnetische!!! Material vorgesehen sein. In einem solchen Fall findet das Bauelement eine vorteilhafte Anwendung in einem elektronischen Zündstromkreis für Brennkraftmaschinen mit einer Hochspannungsspule sowie einem Entladungskondensator. Das erfindungsgemässe Bauelement ermöglicht den Aufbau einer einzigen integrierten Schaltkreis·» einheit umfassend sowohl den Entladungskondensator als auch die Hochspannungsspule.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anzahl schematischer Darstellungen zur Veranaefaattlidrang des Prinzips eines erfindungsgemässen Bauelementes,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines induktiv-kapazitiven Bauelementes nach der Erfindung in schematischer, perspektivischer Dar« stellung,

Fig. 2a das Bauelement nach Fig» 2 in Schaltbilddarstellung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfinduagsgeiHässeHi₀ rein kapa-

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zitiyen Bauelementes in scheinatischer perspektivischer Darstellung, .

Fig. Ja das Bauelement nach Fig. jj in Schaltbilddarstellung,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungegemässen induktiv-kapazitiven Bauelementes in schematischer perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 ein Bauelement ähnlich Fig. 2a mit zusätzlichen Spulen in Schaltbilddarstellung.

In der folgenden Beschreibung sind mit £ bzw. U die Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse des Bauelementes angegeben, während Pfeile die Stromrichtungen im Betrieb des Bauelementes veranschaulichen»

Fig» 1a, 1b, 1c, 1d zeigen ein Bauelement mit zwei Spulen a_, b_ in linearer Abwicklung. Praktisch ist jede Spule a_, b_ spiralig gewickelt.

Die Spulen a_, b_ sind Seite an Seite sowie ineinandergewickelt angeordnet, wobei die Spulen elektrisch isoliert sind. L stellt die Länge der linearen Abwicklung jeder Spirale und Spule dar, η die Anzahl von Windungen, welche jede Spiralspule bilden. Eine Spule weist entgegengesetzte Enden 1,2 auf, die andere Spule entgegengesetzte Enden 3» k·

Fig. 1a zeigt die allgemeinste Anordnung der Anschlüsse E, U. Der Eingangeanschluß E der Spule a_ sowie der Ausgangsanschluß der Spulen Jb befinden sich jeweils an einem Zwischenpunkt der entsprechenden Spirale, wobei die beiden Zwischenpunkte einen Abstand L_ voneinander, längs der Spiralen gemessen, aufweisen und die Anzahl von Windungen zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen E, U einem Wert N_ß entspricht.

Die in den Spulen ti, b_ fliessenden Ströme haben die gleiche Sichtung in der Zwischenstrecke zwischen den Anschlüssen E, U, jedoch entgegengesetzte Richtungen in benachbarten Strecken ausserhalb der Zwischenstrecke (Fig. 1a). Folglich wird lediglich in der Strecke L_Q der durch die Spu-

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len ja, _b erzeugte resultierende magnetische Fluß einen anderen Wert als Null aufweisen.

Die Kapazität des Bauelementes ist durch elektrostatische Kopplung zwischen den beiden Ge samt spulen ει, _b bestimmt, die Induktivität durch die Windungszahl K sowie die Län^e L der Zwischenstrecke zwischen den Anschlüssen E₁ U.

Daraus ergibt sich, wie für eine gegebene Kapazität durch Veränderung der Länge L- der Zwischenstrecke die Möglichkeit besteht, ein Bauelement mit verschiedenen Induktivitätswerten zu erhalten.

Gemäss Fig. 1b liegt der Eingangsanschluß E an dem Ende 1 der Spulea_, was einen Zwischenänschluß-Abstand L- sowie eine Windungszahl N₁ grosser als L₀, N ergibt. Folglich ist die Induktivität des Bauelementes nach Fig. 1b größer als diejenige des Bauelementes nach Fig. 1a.

Noch mit der gleichen Kapazität hat die Induktivität des Bauelementes ihren Maximalwert gemäß Fig. 1c dort, wo die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse E₁ U an den entgegengesetzten Enden 1, k der beiden Spulen ja, Ij liegen: Der resultierende Magnetfluß ist derjenige, welcher sich aus der gesamten Länge der Spirale ergibt, d.h. der Gesamtzahl von Windungen N.

Die Induktivität des Bauelementes bei Anordnung nach Fig. Id ist gleich Null: Die beiden Anschlüsse E, U liegen an benachbarten Enden (1 und 3) der Spulen a^, ^b.

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Fig. 1e zeigt ein Bauelement mit vier Spulen a, a , b, b in Parallelschaltung zu den entsprechenden Anschlüssen E, U, wobei die Stellung der letzteren derjenigen nachFig. 1b entspricht. Die Induktivität ergibt sich aus der Induktivität der N · .jWindungen der Spulen in Parallelschaltung einschliesslich der Zwischenlängenstrecke L' zwischen den Anschlüssen E, U, während die Kapazität aus den vier ineinandergewiekelten Spulen in Parallelschaltung entsteht.

Anordnungen beispielsweise gemäß Fig. 1e weisen offensichtliche Vorzüge

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auf, wenn ein Induktiv-kapazitives Bauelement mit höhet* Gütezahl erforderlich ist.

Gemäß Fig. 2» welche der Anordnung nach Fig. 1c entspricht, sind die Spulen £, jb durch zwei LameIlenelemente gebildet, nämlich Folien A, B, welche in gegenseitig zugewendeter Lage spiralig in Form zweier ineinander gewickelter Spulen hergestellt sind, wobei die Folien voneinander elektrisch isoliert sind.

Hinsichtlich der Art der Spule sowie der Wahl der Anschlüsse E, U weist das Bauelement nach Fig. 2 eine große Kapazität und eine geringe Induktivität auf. Der Wert der Kapazität hangt unter anderem von der geometrischen Form der Spulen sowie von deren gesamter zusammengewickelter Spirallänge nach bekannten elektrodynamischen Gesetzen ab. Der Induktivitätswert, welcher durch die Stellungen der Anschlüsse E, U an den beiden entgegengesetzten Enden 1, k gegeben, ist, hängt von der Gesamtzahl der Windungen ab, welche zu dem Widerstand des .Magnetkreises beitragen, wie dies für normal gewickelte Leiter der Fall ist.

Praktisch schafft die Erfindung ein Bauelement, welches in einer einzigen Einheit die beiden Bestandteile einer Oszillatorschaltung vereinigt, d.h. eine Kapazität sowie eine Induktivität, wobei das Verhältnis von Kapazität zu Induktivität gemäß der Anordnung der Anschlüsse E, U längs der Spiralspulen variierbar ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegen die Anschlüsse E, U an benachbarten Enden (2 und k) der Spiralspulen, und zwar entsprechend der schematisch In Fig. 1d gezeigten Anordnung. Das Bauelement hat in diesem Fall eine lediglich kapazitive Funktion, da der resultierende Magnetfluß, der sich hiervon ableitet, tatsächlich gleich Null ist. Ein solches Bauelement kann in allen solchen Schaltungen angewendet werden, die einen Kondensator und eine Spule in der Nähe aufweisen, wobei die Induktivität der Spule durch das Vorliegen des Kondensators nicht beeinflußt werden darf.

Insbesondere 1st der altbekannte Zündstromkreis einer Brennkraftmaschine

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für den Kondensator zweckmässig, welcher parallel zu den Unterbröcherkontakten liegt und an der Hochspannungsspule zwecks Bildung einer einzigen strukturellen Einheit anzubringen ist. Durch Herstellung des Kondensators gemäß Fig. 3 kann jede Möglichkeit der induktiven Kopplung zwischen den Spulen, welche den Kondensator bilden« sowie der Induktivität der Hochspannungsspule praktisch ausgescL^osßen werden* .

Gemäß Fig. k sind die beiden Spiralspulen des gezeigten erfindungsgemässen Bauelementes durch Doppeldrähte A¹, B¹ gebildet, welche durch elektrische Leitungen hergestellt sind, die Seite an Seite und elektrisch isoliert voneinander angeordnet sind, wobei die Drähte in der gezeigten Weise beispielsweise in Form einer zylindrischen Wendel gewickelt sind.

Die Anschlüsse E₁-U liegen an entgegengesetzten Enden 1, k der entsprechenden Drähte A¹, B* entsprechend der schematischen Anordnung nach Fig. 1c. Da in diesem Fall die Spulen durch einfach gewickelte Leitungen gebildet sind, so folgt daraus, dass das Bauelement eine verhältnismässig große Induktivität im Vergleich zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erreichen kann. Die Drähte A¹, B¹ sind rund um einen Kern C aus ferromagnetischem Material gewickelt, um die Induktivität des Bauelementes zu steigern.

Die Kerne, sowohl ferr omagne tischer als auch nicht f erromagne.tischer Art, können auch verwendet werden, um die Spulen A, B bei den AusfUhrungsbeispielen nach Fig. 2, 3 zu halten.

Fig. 5 zeigt die elektrische Äquivalentschaltung des Bauelementes nach Fig. 2, wobei Spulen rund um einen ferromagnetischen Kern C gewickelt sind, der auch einen Kern für zusätzliche Spulen AS bildet. Diese Anordnung schafft gemäß einem wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung eine integrierte Struktur mit einem Transformator, welcher durch die Spulen AS gebildete Sekundärwicklungen aufweist.

Bei der integrierten Struktur nach Fig. 5 mit oder ohne den ferromagnetischen Kern gemäß der erforderlichen magnetischen Kopplung ergeben sich

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die erfindungsgemäß zu erzielenden Vorteile. Beispielsweise können in elektronischen Zündstromkreisen, welche auf der Grundlage der Entladung eines Kondensators arbeiten, wie sie beispielsweise laufend in Motorfahrzeuge eingebaut werden, der Entladungskondensator sowie die Hochspannungsspule in vorteilhafter Weise in Form einer einzigen physikalischen und elektrischen Einheit aufgebaut werden, wobei sich infolgedessen eine Reduzierung von Raum und Kosten ergibt. Eine solche Reduzierung entsteht daraus, daß ein einziger Behälter sowohl den Kondensator als auch die Spule aufnimmt, wobei sich wesentliche Vorteile ergeben, weil der Kondensator sowie die Spule dem gleichen Isolieröl zugeordnet sind, und dass auf die Primärwicklung sowie deren zugeordnete Anschlüsse verzichtet werden kann.

Ferner ist es möglich, den Kondensator mit großem Durchmesser zu wickeln, wobei sich die Vorteile einer einfachen Herstellung sowie einer guten Qualität ergeben.

Abweichend von der vorangehenden Beschreibung kann ein erfindungsgemasses Bauelement beispielsweise statt zweier Anschlüsse E, U eine andere Anzahl von Anschlüssen aufweisen. Auf diese Weise könnte mit einem zweiten Eingangsanschluß E an dem Ende 2 der Spule jj in Fig. 1c (siehe unterbrochener Pfeil) der Zwischenpunkt der Serien-Kapazität-Induktivität ausgenützt werden, so daß bei Verwendung der Anschlüsse E, E' das Bauelement rein induktiv,/Verwendung der Anschlüsse E¹, U rein kapazitiv und -gemäß der vorangehenden Beschreibung- bei Verlängerung der Anschlüsse E, U kapazitiv und induktiv in Reihenanordnung wird.

Die Erfindung ist nicht auf das Fahrzeugwesen beschränkt, sondern ergibt Anwendungsmöglichkeiten auch auf verschiedenen anderen Gebieten, beispielsweise in der Elektrotechnik und Elektronik.

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Claims

,Pat, eri t anjspiMiche^:

Λ.)Elektrisches Bauelement mit induktiven und/oder kapazitiven Eigenschaften, gekennzeichnet durch zumindest zwei Spulen (a, Ιο), welche Seite an· Seite sowie elektrisch isoliert voneinander aufgewickelt sind, wobei jede Spule spiralig gewickelt ist, und entsprechende Eingangs- und Ausgangsanschlüsse (E₉ U), welche an den Spulen in einem Abstand (L), längs der Spiralen gemessen, in Abhängigkeit von dem geforderten kapazitiven und induktiven oder kapazitiv/induktiven Verhalten angebracht sind, wobei der Induktivitätswert durch einen Teil der Spiralspulen ^a, Jd) bestimmt ist, welcher zwischen den Anschlüssen (E,U) liegt, während der Kapazitätswert durch die Kopplung zwischen der Gesamtheit der Spulen bestimmt ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (E, U) längs der Spiralspulen im Abstand angeordnet sind und zumindest ein Anschluß an einem Zwischenpunkt der Spiralspulen vorgesehen ist (Fig. 1a, 1b, 1e).
3· Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (E, U) an zwei entgegengesetzten Enden der Spiralspiilen (Figo 1c, 2, 2a, k, 5) vorgesehen sind.
k. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (E, U) an benachbarten Enden der Spiralspulen (Fig« 1d, 3« 3a) vorgesehen sind.
5· Bauelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (ja, h) durch entsprechende Lamellenelemente (A₅ B in Fig. 2, 3) gebildet sind.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (a, b_) durch Doppeldrähte (A', B' in Fig. 4) gebildet sind.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Spulen (A', B¹) rund um einen Kern (C, C) aus magnetischem Material (Fig. 4,5) gewickelt sind. .
8. Bauelement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (C) auch einen Kern für zusätzliche Spulen (AS) bildet, um eine integrierte Struktur mit einem Transformator sowie Sekundärwicklungen zu bilden, welche durch die zusätzlichen Spulen (Fig. 5) gebildet sind.
9· Bauelement nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch eine Gruppe von Spulen (a, b, a.) in Parallelschaltung zu einem Eingangsanschluß (E) und eine andere Gruppe von Spulen (b, a, b,) in Parallelschaltung zu einem Ausgangsanschluß (U) sowie in Kopplung mit der ersten Gruppe (Fig. 1c).
10. Zündstromkreis für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Motorfahrzeugen, mit einer Hochspannungsspule, daran angeschlossenen Unterbrecherkontakten sowie einem parallel zu den Kontakten·geschalteten Kondensator gemäß einem der Ansprüche 4, 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit der Hochspannungsspule zusammengebaut ist, so daß die Spule sowie der Kondensator eine einzige Struktur bilden.
11. Anwendung eines Kondensators nebst Spule nach Anspruch 8 auf einen elektronischen Zündstromkreis für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen.

Für Firma FIAT Societa per Azioni:

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ΊΟ

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