DE2434581A1 - Hochspannngs-induktionsspule - Google Patents

Description

. Hochspannungs-Induktionsspule

Die Erfindung betrifft allgemein den Aufbau einer induktiven Spule. Speziell bezieht sie sich auf eine Verbesserung von einer Hochspannungssekundärwicklung eines Transformators, z.B. eines Hochfrequenz-Hochspannungs-Transformators für eine Zündanordnung.

Bisher zeigte sich bei der Konstruktion eines Hoch- · spannungs-Transformators für relativ schwache Ströme zum Gebrauch in Zündanordnungen eine Schwierigkeit, die in dem Ausbrennen der Isolation bestand. Dadurch wurde ein Windungsschluß im Transformator verursacht, was einen Betriebsausfall desselben zur Folge hatte. Diese Erscheinung trat besonders in Zündanordnungen auf, wo der Transformator zusammen mit einem Rechteckwellen-Oszillator verwendet wird, um die hochfrequente Funkenausgangsspannung zu erzeugen.

Bei dem bekannten Wicklungsaufbau wird eine Isolierhülse verwendet, die auf den magnetischen Kern paßt und auf die eine große Anzahl von Windungen gewickelt wird. Auf diese Weise wird eine große Anzahl von Wicklungslagen um die Isolierhülse herum aufgebaut und die Enden dieser Wicklung werden zum Anschluß an einen elektrischen Ausgangsstromkreis herausgeführt. Es wurde herausgefunden, daß, wenn bei einem solchen Aufbau hochfrequente Rechteckwellensignale in der Wicklung induziert wurden, sich

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beachtliche-Hochfrequenzenergien aufbauen, die ein Durch-

schlagen oder Ausbrennen .der Isolation zwischen einzelnen Windungen und Wicklungslagen verursachen.·

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine erste Einzelwindung des Wicklungsleiters zu schaffen, die durch einen breiten, aus leitendem Material bestehenden Streifen gebildet wird, der sich über die gesamte Breite der Wicklung erstreckt. Es handelt sich um eine echte erste Windung der Wicklung, so daß danach die vielen Windungen und die Vielzahl von Lagen solcher Windungen darüber gewickelt werden können.

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Induktionsspule. Sie besitzt in Kombination eine.große Anzahl von Wicklungen mit mehrere Windungen aufweisenden Lagen eines elektrischen Leiters zur Schaffung eines Hochspannungsausgangs. Die erste Windung dieser Wicklungen enthält einen einheitlichen Streifen, der sich im wesentlichen über die gesamte Breite dieser mehrere Windungen aufweisenden Lagen erstreckt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Transformator zum Gebrauch in einer Zündanordnung, in der ein mit einer Frequenz in der Größenordnung von 10.000 Hertz betriebener Oszillator verwendet wird. Der Transfonaator v/eist eine

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Hochfrequenz-Ausgangswicklung auf, die Mittel zur Vermeidung des Durchbrennens der Isolation besitzt. Diese Mittel und Wicklungen enthalten eine Kernröhre zum Abstützen der Wicklung, während die Röhre einen durch sie hindurchgeführten Magnetkern aufnimmt. Er enthält auch einen Streifen aus leitendem Material mit einem Anfang und einem Ende und der mindestens so breit ist wie die Wicklung. Dieser Streifen ist um die Kernröhre herumgewickelt, wobei sich Ende und Anfang überlappen. Die Ausgangswicklung enthält auch elektrisch isolierende Mittel zur Trennung der sich überlappenden Teile des Streifens. Die Wicklung ist über diesen Streifen gewickelt, wobei das innere Ende elektrisch mit dem Ende des Streifens verbunden ist, so daß der Streifen die erste. Windung dieser Wicklung bildet. Die Wicklung enthält auch Mittel, um eine elektrische Stromkreisverbindung mit dem Anfang des Streifens herzustellen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können aus der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung entnommen werden. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine bekannte Ausführungsform und

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Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Transformatorwicklung gemäß der Erfindung.

In Verbindung mit Zündanordnungen, die mit ungedämpfter Hochfrequenz-Funkenenergie, insbesondere mit Energie in Form von Rechteckwellen arbeiten, stößt man auf Schwierigkeiten bezüglich des Aufbaus der Ausgangswicklung des Transformators, der. die Funkensignale an den Verteiler liefert. Die Grundfrequenz für derartige Zündanordnungen beträgt im Betriebszustand unter Belastung etwa 10.000 Hertz und da die Form der Ausgangswelle im wesentlichen eine Rechteckwelle ist, sind Oberwellen vorhanden, die sich bis auf mehrere Megahertz belaufen.

Es versteht sich, daß der Ausdruck "Hertz" in der Bedeutung - Schwingungsperioden pro Sekunde - in Verbindung mit elektromagnetischen Wellen aller Arten gilt. Folglich bedeutet der Ausdruck "Megahertz" natürlich Millionen von Schwingungsperioden pro Sekunde. Eine solche Bedeutung

wird diesem Ausdruck durch die gesamte Anmeldung beigemessen, wenn nicht eine gegenteilige Bedeutung deutlich zum Ausdruck gebracht wird.

Bei Zündanordnungen für Verbrennungsmotore wurde festgestellt, daß die oben erwähnten Hochfrequenz-Oberwellen am gesamten Motor und den zugehörigen Vorrichtungen auftreten.

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Die Er.drückleitung für solche Hochfrequenz-Energie verläuft durch das Chassis der gesamten Zündanordnung zu dem Erdsteg des Transformators, der die oben erwähnte Ausgangswicklung aufweist. Es wurde jedoch gefunden, daß die Größe der Hochfrequenzenergien ausreichend war, daß Funken ziemlich weit über die gesamte Motoranordnung gezogen werden können. Außerdem wurde festgestellt, daß diese Hochfrequenz-Energie einen Pfad enthält, so daß durch kapazitive Wirkung ein Strom von den Kernblechen des Transformators zu den Wicklungslagen des Transformators, mit der ersten beginnend, fließt. Natürlich wächst der Potentialgradient, wenn der elektrische Abstand vom Erdpotential größer wird und die Erfahrung zeigt, daß der Stromfluß in der Nähe des entfernten Endes der ersten Wicklungslage groß genug wird, um die Isolation der Drähte zu zerstören und um einen Wicklungs-Kurzschluß zu verursachen. Derartige Wicklungs-Kurzschlüsse setzen die Zündanordnung außer Betrieb.

Obwohl festgestellt'wurde, daß die Stelle, wo das oben erwähnte Durchbrennen der Isolation stattfindet, nur etwa 200 - 250 Windungen über Erdpotential aus einer Gesamtzahl von etwa 9.000 auf der Ausgangswicklung des Transformators liegt und daß das Potential der Grundfrequenz an dieser Stelle geringer ist als 1.000 Volt Spitzenspannung über Erdpotentiäl, wurde herausgefunden,

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daß die Hochfrequenzpotentiale viel größere Amplituden erreichen, als diejenigen, die beim Durchbrennen angezeigt werden. Bei Anwendung dieser Erfindung, die sich auf die erste Windung der Wicklung bezieht, wird das Durchbrennen verhindert. '

Um die Erfindung vollständig verstehen zu können, wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der der bekannte Stand der Technik dargestellt ist. Früher wurde eine Transformatorausgangswick:lung der von der Erfindung benutzten Art über einen Magnetkern 11 gewickelt. Die Wicklung wurde jedoch zuerst vollständig, auf der Außenseite einer aus Isoliermaterial bestehenden Hülse 12 ausgeführt, die auf den Kern 11 paßt. Eine Vielzahl Wicklungslagen 15 wurden auf die Hülse 12 in herkömmlicher Weise gewickelt.

Es versteht sich, daß die Zeichnung schematisch und nicht maßstabsgetreu ist. Der Abstand zwischen den einzelnen Windungen 15 der Wicklungslagen ist stark übertrieben und die einzelnen Windungen 15 sind tatsächlich durch einen üblichen Überzug (nicht dargestellt) auf den Drähten gegeneinander isoliert. Die einzelnen Wicklungslagen 15 sind gegeneinander durch Isolationslagen 16, wie dargestellt, isoliert. Das freie Ende der ersten Windung der Wicklungen 15 ist herausgeführt," um eine elektrische Ver-

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bindung herzustellen. Das kann natürlich auf irgendeine ausführbare Weise geschehen, z.B. wie angedeutet durch einen Draht 19, der durch einen guten metallischen Kontakt mit dem Kern 11 an dem mit 20 bezeichneten Punkt elektrisch geerdet ist.

Wie oben dargelegt, ist die bekannte Anordnung dem Aufbau von Hochfrequenzenergien zwischen den Wicklungen 15 und dem Erdpotential des Kerns 11 unterworfen, so daß Hochfrequenzströme durch die Isolierhülse 12 fließen, wie dies durch die Pfeile 22 in Fig. 1 angedeutet ist. Es wurde festgestellt, daß diese Ströme bald zerstörend wirken und ein Durchbrennen des Transformators verursachen.

In Fig. 2 ist.ein Transformatorspulenaufbau gemäß der Erfindung und in einer ähnlichen schematischen Weise wie in Fig. 1 abgebildet. Der Abstand zwischen den einzelnen Windungen der Wicklungen ist stark übertrieben und die Zeichnung· ist im großen und ganzen nicht maßstabsgetreu.

In Fig. 2 enthält der dargestellte Transformatoraufbau einen Magnetkern 25, der aus einem herkömmlichen geschichteten Magnetraaterial bestehen kann. Der Kern 25 wird von einer Hülse 26 aus Isoliermaterial umgeben. Sie nimmt die Form einer sogenannten Kernröhre an, die eng auf den

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Kern 25 paßt. Eine solche Rohre 26 kann aus einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt sein, z.B. aus einem gut isolierenden Faser- oder Papierstreifen. Die Hülse 26 wird von einem Streifen 29 aus gut leitendem Material, z.B. Kupfer, umgeben. Seine Breite erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Breite einer Spule 28, die darauf gewickelt ist.

Der Streifen 29 bildet die erste vollständige Windung der Transformatorwicklung 28, und er beginnt und endet mit einer ausreichenden Länge, um wenigstens eine volle Windung um die Hülse 26 mit etwas Überlappung zu vollenden. Zwischen den sich überlappenden Enden ist Isoliermaterial vorgesehen, so daß der Streifen 29 nicht bloß eine kontinuierliche Abschirmung bildet, sondern auch als die erste Windung der Wicklung wirkt.

An den Anfang des Streifens 29 ist durch geeignete Mittel ein Leiter 30 angeschlossen. Er ist aus der Hülse oder Kernröhre herausgeführt, um eine elektrische Verbindung mit dem inneren Ende- der Spule herzustellen. Der Leiter 30 ist so, wie in Fig. 2 dargestellt,·durch eine gute elektrische Verbindung mit dem Kern 25 geerdet. Dies ist schematisch durch einen Kontaktpunkt 31 am Ende des Leiters 30 angedeutet. Es versteht sich, daß auch

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andere Maßnahmen zur Herstellung der gewünschten elektrischen Verbindung mit dem Anfang des Streifens getroffen v/erden können. Solche anderen Maßnahmen können darin bestehen, daß ein schmaler Teil (nicht dargestellt) des Streifens durch die Isolierhülse 26 geführt wird, ' um so einen guten elektrischen Kontakt mit der Oberfläche des Kerns 25 herbeizuführen. Das bedeutet, daß ein Schlitz (nicht dargestellt) in die Hülse 26 geschnitten wird, durch den sich der schmale Teil (nicht dargestellt) des Streifens erstreckt, um einen innigen Kontakt mit dem Kern 25 auf der Innenseite der Hülse oder Kernröhre 26 herzustellen. Eine solche Maßnahme ist jedoch jedem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, und es erübrigt sich dahereine spezifische Erläuterung.

Nachdem der Streifen 29 um die Hülse 26 in einer vollständigen Windung gewickelt wurde, ist er weit genug fortgeführt, um eine Überlappung (nicht dargestellt) zu bilden. Es wird auch eine Isolierung im Bereich der Überlappung vorgesehen. Dadurch wird eine erste Windung der Transformatorwicklung ohne Kurzschluß geschaffen.

An das äußere überlappende Ende des Streifens 29 ist das Ende eines elektrisch leitenden Drahtes angeschlossen, der - wie dargestellt - in den zusätzlichen Windungen der Wicklung, z.B. der Wicklung 34, verwendet wird.

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Aufeinanderfolgende Wicklungslagen des Drahtes 34 sind durch Zwischenlagen 35 aus Isoliermaterial voneinander getrennt. Diese Isolation ist von herkömmlieher Form siA Substanz. Sie kann aus einem geeigneten elektrisch-isolierenden Papier hergestellt sein, das die volle Breite des Wicklungsaufbaues aufweist.

Ein Transformator gemäß der Erfindung, der insbesondere für den Gebrauch in einer Zündanordnung bestimmt ist, weist eine Gesamtwindungszahl in der Größenordnung von 9.000 auf.

Außer der Anwendung des ausgedehnten Nebenschlußeffekts für den Hochfrequenzstrom in der ersten Windung, der oben beschrieben wurde, kann ein Transformator gemäß der Erfindung auch mit einer ähnlichen letzten vollständigen Windung versehen werden. In Fig. 2 ist beispielsweise ein leitender Streifen 40 vorhanden, dessen inneres Ende an die letzte der Drahtwindungen 34 angeschlossen ist. Es ist eine Isolierschicht, z.B. eine Lage 41, vorhanden, die die Überlappungen des Streifens 40 trennt, da sie weit genug herumgeht, um die volle äußere Windung der Wicklungen zu bilden. Am äußeren oder freien Ende des Streifens 40 befindet sich ein elektrischer Leiter 42, der in herkömmlicher Weise heraus· geführt ist, um eine elektrische Verbindung mit dem Aus-

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gangss.tromkreis des Transformators herzustellen. Der Gebrauch einer ausgedehnten äußeren Windung, um den Anticorona-Effekt zu erzielen, ist bei der Transformatorkonstruktion nach dem USA-Patent 3.394.331 des gleichen Anmelders vorgesehen. Dort findet sich jedoch kein einschlägiger Gedanke zu einem Gesamttransformatoraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung wurde oben an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch keineswegs auf'dieses Beispiel beschränkt, denn es sind mannigfaltige Abwandlungsmöglichkeiten im Aufbau des Transformators und in der Gestaltung seiner Einzelheiten vorhanden.

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Claims (10)

1. ,.P atentansprüche

   ochspannungs-Induktionsspule, gekennzeichnet durch eine große Vielzahl von V/icklungen (28) mit mehreren Windungelagen (34) aus einem elektriechen Leiter zur Schaffung eines Hochspannungeausgangs, wobei die erste Windung dieser Wicklung ein einheitliches Band (29) enthält, das sich im wesentlichen über die gesamte Breite der V/indungslagen (34) erstreckt.
2. 2. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß erste elektrisch isolierende Mittel in Form einer Hülse (26) vorgesehen sind, die die Wicklungen (28) trägt und den Magnetkern (25) umschließt.
3. 3. Induktionsspule nach-Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zweite, zwischen jeder Lage angeordnete Isolierinittel (35) und dritte Isoliermittel zum Trennen jeder Windung des Leiters von den anderen vorgesehen sind.
4. 4. Induktionsspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch

   • leitende Mittel (30) zum Anschluß, des Anfangs der erster. Windung an Erde vorgesehen sind.

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5. 5. Induktionsspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, d a durch gekennzeichnet, daß die leitenden Mittel (30) mit "dem Magnetkern (25) verbunden sind.
6. 6. Induktionsspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine letzte Windung der Wicklungen (28) ein einheitliches Band (40) aufweist, das sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Windungslagen (34) erstreckt.
7. 7. Induktionsspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verwendung als Sekundärwicklung in eihem Transformator für eine Zündanordnung, die einen Oszillator für ungedämpfte Rechteckwellen aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Hochöpannungs-Ausgangsv/icklung Mittel zur Vermeidung des Ausbrennens der Isolation bei einen Betrieb des Oszillators mit einer Frequenz in der Größenordnung vom 10.000 Hertz aufweist.
8. 8. Induktionsspule für Transformator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Kernröhre (26) zum Tragen der V/icklung (28) und zur Aufnahme des Magnetkerns (25), durch ein Band (29) aus leitendem Material mit einem Anfang und einem Ende, das mindestens so breil ist wie die Wicklung (28), wobei dieses Band (29) um die Kernröhre (26) gewickelt ist und _%das Ende den Anfang Ciber-

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   lappt, durch elektrisch isolierende Mittel zum Trennen der sich überlappenden Teile des Bandes, wobei die Wicklung (28) über das Band (29) gewickelt ist und ihr inneres Ende mit dem Bandende derart elektrisch verbunden ist, daß das Band (29) die erste Windung dieser Wicklung (28) bildet und durch Mittel (30) zur Bildung eines elektrischen Stromkreisanschlusses mit dem Anfang des Bandes (29).
9. 9. Induktionsspule für Transformator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30) zur Bildung eines, elektrischen b'tromkreisanschlusaes eine Verbindung (31) zu dem Magnetkern (25) aufweisen.
10. 10. Induktionsspule für Transformator nach einem der Ansprüche 7 bie 9i dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Band (40) aus leitendem Haterial vorgesehen ist, das einen Anfang und ein Ende hat und das mindestens so breit ist wie die Wicklung (28), wobei das zweite Band (40) un die Außenseite der Wicklung (28) gewickelt und sein Anfang elektrisch an das außenliegende Ende der wicklung (28) angeschlossen ist, und wobei das zweite Band (4Q) mehr als eine volle Windung der Wicklung (28) bildet (Überlappung der Bandenden mit Isölierzwischenlage 41).

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