DE2621132A1

DE2621132A1 - Entstoerungsvorrichtung fuer explosionsmotoren

Info

Publication number: DE2621132A1
Application number: DE19762621132
Authority: DE
Inventors: Ferdy Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-05-21
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1976-12-02
Also published as: FR2312126B1; US4078534A; FR2312126A1

Description

Anmelder: Dr. Ferdy MAYER
ENTSTÖRUNGSVORRICHTUNG FÜR EXPLOSIONSMOTOREN

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Störschutz für Motoren von Kraftwagen und vornehmlich die Zündkabelmarken.

Zündkabel mit Störschutz wurden bereits angeboten. Im wesentlichen wurden die Hochspannungsverbindungskabel (Hochspannungsspule - Verteiler; Verteiler - Kerzen) durch ein Kabel ersetzt, das die hohen Frequenzen (Bandbreite 30 - 200 MHz) in dem Maße dämpft, daß die Abstrahlung auf einen vernachlässigbaren geringen Wert gebracht wurde (bei einer gegebenen Leitungslänge, die von einem Hochfrequenzstrom mit großer Bandbreite durchlaufen wurdej die Abstrahlung ist umso geringer, je kurzer die Länge -X /2, wobei λ die entsprechende Wellenlänge

in Beziehung zu
ist).

widerstandsfähigen Die älteste Lösung bestand in der Verwendung einesTZündkabels zwischen der Kerze und dem Verteiler und zwischen dem Verteiler und der Spule. Zur Erreichung einer ausreichenden Dämpfung muß ein Draht mit einem hohen Widerstand (mehrere tausend Ohm) in Form eines sehr feinen (2 - 5/100 mm z.B.) und infolgedessen empfindlichen Metalldrahts oder in Form eines Bandes mit einer (schwer herzustellenden) Metallwiderstandsschicht oder in Form eines Gemisches von leitfähigen Zusätzen in einer Stütze aus Kunststoff (z.B. Graphitpulver) eingesetzt werden, die sehr temperaturanfällig sind und mit denen die Metallverbindungen

gleichmässig nur schwer herzustellen sind. Diese Kabel dämpfenVdie hohen " und niedrigen Frequenzen, da der Widerstand bei allen Frequen-

ist so klein, dass er

zen derselbevund der Skineffektyvernachlässigbar ist.

Eine Verbesserung wurde mit Vorrichtungen erzielt, die auf verschiedenen physikalischen Konzeptionen beruhen:

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- Dämpfung durch dielektrische und magnetische Verluste,

- Dämpfung durch "künstlichen" Skineffekt,

- Dämpfung durch Grenzflachenverluste oder Scheinresonanzverluste.

Derartige Vorrichtungen wurden z.B. in dem am 22. Juni 1965 erteilten US-Patent Nr. 3.191.132 und dem am JA. März I967 erteilten US-Patent Nr. 3.309.633 beschrieben.

Neuare Versuche der Federal Communication Commission in den USA und die in einigen anderen Ländern vorgesehenen Gesetzgebungen (z.B. Kanada) zeigen, daß zunächst der zu filtrierende/ Fre-

weiter qe wird *,

quenzhereieh " ausweitet, und zwar jetzt auf 30 - 1.000 MHz, und daß außerdem die Entstörung gegenüber früheren Gesetzen noch verbessert werden muß - insbesondere aufgrund des allgemeinen Bewußtseins für die internationale Vereinheitlichung auf dem Gebiet des Fernmeldewesens und auch der verbesserten Meßtechnik (für Störstrahlungen, Scheitelmessungen, kontinuierliche Aufzeichnungen des Spektrums, Korrelationsanalyse, usw.).

Die vorstehend beschriebenen Entstörungstechniken reichen nicht mehr aus. Ziel der Erfindung ist es daher, die Leistungen der Störschutzvorrichtungen für Zündkabel zu verbessern, und zwar durch Einwirkung an den Stellen, wo selbst vollkommene Zündkabel nicht wirken können, d.h. im Bereich des Zündkerzenkopfs, der selbst ausstrahlt, sowie natürlich am Anfang des Verbindungsdrahts, weil dieser nicht voll abgeschirmt ist.

Das Einsetzen eines Filters in eine Kerzenverbindung oder in einen Verteileraustritt ist als Idee schon alt; zum Beispiel kennt man:

- das französische Patent Nr. 897207 FIDES (1943), das eine verteilte Selbstinduktion in Reihe mit der Verbindung außerhalb der Kerze (mit oder ohne magnetische Durchlässigkeit) benutzt;

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- das amerikanische Patent Nr. 1984526 GIVEN (1920), das eine verteilte Selbstinduktion in Reihe außerhalb oder in der Kerze mit magnetischer Durchlässigkeit benutzt;

- das deutsche Patent Nr. 1013924 SIEMENS (1952), das eine Drossel und/oder einen reinen Widerstand in der Kerze (mit oder ohne magnetische Durchlässigkeit) und eine zugeschaltete Kapazität benutzt;

die zeigen, daß der Gedanke der abgeschirmten LR-, LCR- und RC-Filter seit langem bekannt ist.

Das "Stanford Research Institute" (SRI) hat kürzlich eine Zündkerzenmarke mit Filter entwickelt. Dieses Ende wird auf der Abb. 1 a der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es umfaßt einen mit der Verbindung 6 verbundenen Messingzylinder 101, der von einem Messingmantel 102 umgeben ist, der seinerseits durch ein Dielektrikum 103» z.B. Polytetrafluorethylen,getrennt ist. Der Zentralleiter der Kerze besitzt einen mittig angeordneten Widerstand 104.

Die Abb. 1 b zeigt die Dämpfungskurve dieses Filters in Abhängigkeit der Frequenz, und die Abb. 1 c zeigt das entsprechende Schaltbild, während die Abb. 1 d eine graphische Darstellung mit der verringerten entstörten Abstrahlung zeigt, die gegenüber einer normalen mit einem gewöhnlichen Widerstandsdraht verbundenen Kerze erzielt wird.

Die Dämpfung des SRI-Filters (Abb. 1 b) ist bei Niederfrequenz <100 MHz mit einer Zeitkonstanten behaftet und neigt bei darüberliegenden Frequenzen zu einem konstanten Wert. Dies stimmt mit einem RC-Filter, der eine Parallelstreukapazität eit R besitzt (wie jeder Widerstand) und mit dem Ersatzschaltbild der Abb. 1 c des Filters der Abb. 1 a überein. R ist der Reihenwiderstand 104 und Cp die Streukapazität.

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- 4 Die Kurve vermittelt die annähernden Dämpfungswerte

- 13 dB bis 10 MHz

- 18 dB bis 20 MHz

- 20 dB bis 30 MHz

- 24 dB bis 50 MHz

- 28 dB bis 100 MHz
Ungefähr - 30 dB darüber.

Von diesen Werten kann abgeleitet werden, daß der RC-Filter eine Grenzfrequenz hat von:

fc = = —— =2,5 bis 3 MHz

2/irr 2 tnc

wo L als Zeitkonstante =6,26 bis 5 . 10

Aus der Abb. 1 b läßt sich ohne weiteres ableiten, daß

Cp =^ 12,5 pF (mit£-r= 2,5 für Teflon) daraus ergibt sich, daß R =^ 4,4 k ~fl~ .

Darüber hinaus weist ein Schichtwiderstand (es handelt sich um einen Widerstand mit vermutlich metallischer Schicht) dieses Wertes einen Rückgang seiner Impedanz von 10 - 20 % bei 100 MHz auf, woraus sich eine Streukapazität ableiten läßt von

Cp = 0,25 bei 0,14 pF

und eine Cp/C entsprechende maximale Dämpfung, was 33 bis 39 dB entspricht. Dieser Wert wird durch die Kurve der Kerze mit eingebautem Widerstand bestätigt.

Welche Verbesserung kann man von derartigen Filtern (und analogen Filtern an Verteilern) bei der globalen Streustrahlung erwarten? Abb. 1 d zeigt, eine Graphik mit der Dämpfung d in dB auf der Ordinate in Abhängigkeit der Frequenz in MHz auf der

- 5 6098A9/0680

Abszisse. Die obere Kurve stellt die Dämpfung bei einer normalen Kerze und die mittlere Kurve die Dämpfung bei einer SRI-Kerze dar. Die untere Kurve als Differenz der beiden vorgenannten Kurven vermittelt die entfallende Dämpfung. Man sieht, daß man eine globale Verbesserung von rd. 12 dB bei den extremen Frequenzen und von 16 bis 20 dB bei Werten um 100 MHz erhält, d.h. eine Verbesserung (in dB) um rd. die Hälfte der Eigendämpfung der Filter.

Fassen wir die Nachteile der Lösung "Spezialkerze" zusammen:

- Wenn sich die Temperaturbeständigkeit recht einfach erreichen läßt (Teflon wie angeführt oder-Keramik für den Kerzenkörper), dann bereitet (im Rahmen realistischer Selbstkosten) Widerstand (von rd. 5 kil), der bei dieser Temperatur zuverlässig arbeitet, Schwierigkeiten.

- Ein Gesamtwiderstand von rd. 10 k-Π- kommt im Zündstromkreis bei Reihenschaltung hinzu, und wir haben schließlich alle Nachteile der Zündstromkreise mit Widerständen (Kaltstart, europäische Wagen, die mehr auf Heiß-Funken. ansprechen, Neigung zu Undichtigkeiten) .

- Jede zusätzliche Kapazität gegen Masse lädt entsprechend die Hochspannungsspule auf (hier müssen grob berechnet 25 pF hinzugerechnet werden).

- Jeglicher lokalisierte Widerstand (wie der in der Kerze) hat eine ungünstige Streukapazität. Diese verringert nämlich die Leistungen bei hohen Frequenzen (Rückgang um 10 - 20 % bei 100 MHz - ist typisch für einen Widerstand von 5 k-Π.).

Dieser Nachteil tritt sehr klar in Erscheinung, wenn die zugeschaltete Kapazität aus diesem oder jenem Grund entfällt (Shunt bei einer schlechten Massenerdung der Abschirmung): die Dämpfungskurve, die ansteigt, zeigt diese Wirkung klar.

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- Am Beispiel der SRI-Kerze zeigt sich die Notwendigkeit der Entwicklung einer noch nicht vorhandenen Spezialkerze, die aus den vorgenannten technologischen Gründen schwieriger herzustellen ist als eine Kabelmarke oder ein Spezialkabel und auch aufgrund der mechanischen und elektronischen Aspekte bei den Hochtemperaturtechnologien.

- Ein weiterer Asüekt sind die Kosten einer ersten Herstellung und der Ersatzteile: da die Kerzen häufiger gewechselt werden als die Zündkabel (und dies gilt umso mehr, als sie komplexer sind) spricht die Rechnung für eine billige Kerze, was natürlich auch im Sinne des vorhandenen Marktes im Rahmen bekannter und bewährter Technologien ist.

Aus diesem Grunde hat die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung außerhalb der Kerze zum Gegenstand, die gegebenenfalls durch Kopplung in der Kerze induzierte Vorgänge bewirkt.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, nach Lösungen zu suchen, die zunächst von einer normalen Kerze ausgehen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, Widerstandwirkungen oder absorbierende Wirkungen ohne Streukapazitäten (Cp) zu erreichen, mit anderen Worten, bei verteilten Kapazitäten sind diese Wirkungen direkt (bei galvanischer Verbindung mit dem Zündkabel) oder indirekt (bei nicht galvanischer Verbindung mit dem Zündkabel).

Ein weiteres Detail der Erfindung besteht darin, Niedrigfrequenzreihenwiderstand aus den vorgenannten Gründen (Metallverbindung mit dem Wirkungsgrad einer hohen Zündspannung) zu verwenden.

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Die Erfindung stützt sich auf ein Globalkonzept als Vierpol (wie der SRI-Pilter), jedoch mit Portpflanzung, d.h. unter Berücksichtigung der Begriffe der charakteristischen Impedanz, der Fortpflanzungskonstanten usw., also um Vorgänge, die allein wesentliche Strahlungswirkungen, DämpfungsWirkungen, Scheinresonanzwirkungen usw. für die anstehende Lösung des Problems berücksichtigen können.

Erfindungsgemäß ist ein abgeschirmter Filter für Zündkerzen und Hochspannungsverteilung, der in Marken für Zündkabel des Explosionsmotors hergestellt wird und einen vorgeschalteten Widerstand R und eine zugeschaltete Kapazität C in der Masse einsetzt, insbesondere in folgenden Punkten bemerkenswert:

- Der Filter am Hochspannungskabelende dient als Verbindungsmarke und ist direkt an einen der Teile der aus der Kerze, dem Verteiler und der Spule bestehenden Einheit angeschlossen.

- Der Widerstand R und die Kapazität C bilden einen Vierpol und werden in der Weise gewählt, daß das R.C-Produkt über der Zeitkonstant'en liegt, die der Grenzfrequenz entspricht, das ist

RC > —4 ,

2 T fc

wobei die Grenzfrequenz die Mindestfrequenz ist, von der ab eine Dämpfung des Filters einsetzt. Auf diese Weise wird eine signifikante Dämpfung der Störelemente von 10 - 1.000 MHz eingeleitet

- Der WideBtand wird in der Weise hergestellt, daß er keine ungünstige zugeschaltete Streukapazität aufweist, d.h. seine Impedanz ist^o^tefnt und wächst^VprZuq-^Sinⁱilhängigkeit der Frequenz, wie dies durch einen verteilten Widerstand oder durch Einschaltung eines induktiven Widerstands erfolgen kann. Dies zeigt den Wert dieser Widerstände; R ist eine wachsende Funktion mit CO . Der Widerstand muß auf die Niedrigfrequenzen begrenzt bleiben, um die Zündung nicht zu verhindern. _ g _

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- Die Kapazität verwendet als Heißelektrode die normale Struktur der Kerze oder der Klemme des Verteilers, ihre Verbindung mit dem Zündkabel und eventuell einen Teil des Zündkabels selbst. Die Kapazität wird durch die Höchstladung der Spule begrenzt.

Erfindungsgemäß wird die Dämpfung verwendet, d.h. die Nutzung mit der Frequenz wachsender Widerstandswirkungen (der Widerstand R (tj ) ist eine wachsende Punktion der Frequenz) sowie die Erreichung dieser Dämpfung zur Vermeidung der Streukapazitätsvorgänge.

Erfindungsgemäß kann ein Dämpfungswert von 20 - 30 dB bei sehr geringem Volumen (unter der Marke) mit Strukturen erreicht werden, die einen Widerstand enthalten, der keine ungünstige zugeschaltete Streukapazität aufweist.

Man kann eine lokalisierte Struktur haben: R (Cü) lokalisiert mit örtlichem C, oder eine verteilte Struktur: !verteiltes R (t* mit verteiltem C. Im letzteren Fall kann R konstant sein. Man kann auch Verbindungen nebeneinander, Verbundanordnungen oder Überlagerungen dieser Strukturen vorsehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erscheinen in der nachfolgenden Beschreibung.

Auf den Zeichnungen

stellen die Abb. 2-5 Schaltbilder für verschiedene Kerzenmarken gemäß der Erfindung dar.

Die Abb. 6-9 stellen einen Schnitt durch die Kerzenmarken gemäß der Erfindung dar.

Auf den einzelnen Abbildungen ist jedes Teil mit derselben Nummer bezeichnet. In der folgenden Beschreibung bezeichnen wir einen Widerstand, eine Kapazität und ein Induktivität mit feststehenden Werten bzw. mit den üblichen Buchstaben R, C, L

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bzw. durch R (ü)) einen frequenzabhängigen Widerstand, wie er -vorstehend beschrieben Wurde Derartige Widerstände sind allgemein bekannt und können z.B. durch Ferrit-Ringe oder Ferrit-Perlen hergestellt werden (z.B. die von "RTC, Radiotechnique Compelec" hergestellten "Ferroxcub"-Perlen).

Abb. 2 gibt das Ersatzschaltbild einer Struktur mit lokalisiertem R (u3) + lokalisiertem C wieder. Die Einheit umfaßt das Verbindungskabel 1, die Elektroden 2 a und 2 b der Kerze, die Abschirmung 3, die das Ganze abdeckt, mit dem Widerstand h und der Kapazität 5· Der lokalisierte Widerstand R (oJ) kann eine kleine Spule auf absorbierendem Ferritkern oder eine absorbierende Mischung mit Ferrit sein, die entsprechend den beiden vorgenannten US-Patenten in der Weise hergestellt wird, daß eine Widerstandswirkung erzielt wird, die die auf diese Weise erzielte Rückwirkung L ((jj) übertrifft. Der Widerstand k kann auch ein Ferrit-Ring oder aus absorbierendem Ferrit-Material sein, das den Leiter umgibt. Praktisch erhält man für R (θύ ) die folgenden Werte (bei optimalen Frequenzen):

30 - 4θΧλ bei einem kleinen Ring mit einem

Außendurchmesser = 3,5 mm Innendurchmesser = 1,2 mm Länge =3 mm

500 - 1.000-Q. bei einem Kern mit 3 Wendeln mit einem

Außendurchmesser =9 mm Länge = 10 mm

bei verschiedenen kompakten Ferriten.

Die Werte von R (<o) bleiben verhältnismäßig gering. Die Kapazität C kann aus dem Isolierkörper der Kerze bestehen (z.B. deutsches Patent Nr. 1013927) oder aus einer speziell für diesen Fall vorgesehenen Kapazität. Es handelt sich in beiden Fällen insoweit um eine lokalisierte Kapazität, als der Fortpflanzungsverzug längs des Zentralstabs der Kerze vernachlässigt wird, was aufgrund einer verringerten FortpflanzuTigstconstanten vertretbar ist. - 10 -

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Abbildung 3 stellt das Ersatzschaltbild einer Markenstruktur mit verteiltem R und C dar. Hier hat R einen konstanten Wert und besteht aus einem Widerstandszünddraht 14. Es handelt sich um einen besonderen Fall, wo R unabhängig von der Frequenz kon stant ist, wodurch die Wirkungen der Streukapazität entfallen und insbesondere um den Fall, wo dieser Widerstand R einer Länge des Zünddrahts mit Widerstandsseele entspricht, eine für die Praxis aufgrund der großen Streuung dieser Zünddrähte interessanter Fall. Der Teil des Zündkabels 14 innerhalb der Kapselung besteht aus einer verteilten Kapazität 51 gegen Masse.

Bei einem Kabel mit 50.000-*"*- /m z.B., einer Mantelkapazität von 2 pF/cm, ergibt eine Länge von rd. 6,5 cm verteilten Filter innerhalb der Marke ein RC-Produkt und eine Leistung analog

se nwervnegenaen denen des SRI-Filters, jedoch ohne den^Nachteil der Spezialkerze.

Natürlich kann z.B. ein Teil der auf die Masse verteilten Kapazität außerhalb der Marke selbst liegen, da diese direkt an dem Zünddraht liegt.

Im letzteren Fall wird die Elektrode 51 des Kondensators inerhalb der Abschirmung 3 verlängert.

Man erhält eine interessantere Abwandlung, wenn man in dem Schaltbild der Abb. 2 und dem Ausführungsbeispiel der Abb. 7 den Draht mit dem verteilten Widerstand R durch einen dämpfenden Draht R (cJ ) ersetzt, der bei niedrigen Frequenzen einen geringen Widerstand bietet. Der verteilte Widerstand R (oi ) kann durch ein dämpfendes Störschutzkabelende und die · vollständig intern verteilte Kapazität oder zum Teil extern an der Marke der Kerze erstellt werden.

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Es ist interessant, die möglichen Leistungen mit diesen Vorrichtungen festzustellen, indem man die an einem Prototyp gemessenen Dämpfungswerte in Betracht zieht, der aus einem handelsüblichen Draht vom Typ Bougicord mit Metallauflage hergestellt wurde. Nachstehend einige Werte:

Bougicord 420: zwischen 30 und 500 MHz:u6/f gleich oder um

3 dB/MHz höher je Meter

Bougicord 375: zwischen 30 und 500 MHz:ö6/f gleich oder um

15 dB/MHz höher je Meter,

wobei mit<y die Dämpfung und mit f die Frequenz bezeichnet werden.

Die Überlegenheit dieser Verfahren läßt sich klar an folgenden Zahlen ablesen:

Zunächst: Bei 30 MHz besagt die Dämpfung um 1 (oder 3) dB/cm, daß eine Länge von 20 (oder 7) cm dieses Filters der vorstehend beschriebenen Lösung mit der SRI-Kerze gleichzus teilen ist.

Außerdem: Die Dämpfung verstärkt sich bei wachsenden Frequenzen überproportional (6 dB/Oktave).

Schließlich gibt es von der Definition her keinen Störeffekt, der die Dämpfung bei hohen Frequenzen begrenzt. Anstelle einer Begrenzung zwischen 33 und 39 dB (SRI) ab 100 MHz erreicht man mit der erfindungsmäßigen Vorrichtung 3 (oder 9) dB/cm, und die obere Grenze hängt nur von der korrekten mechanischen Herstellung des Filters und seiner Abschirmung.ab.

Die Abb. k und 5 stellen Ausführungsbeispiele dar, die sich aus dem Zusammenfügen der beiden vorstehenden Strukturen ergeben: Lokalisiertes R ((JJ) + lokalisiertes C + verteiltes R + verteiltes. C. Mit dieser Zusammenstellung kann ein Filter höherer

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Ordnung hergestellt werden, da die beiden Strukturen entweder stufenförmig oder überlagert angeordnet werden können. Die Abb. 4 zeigt die Stufenanordnung und die Abb. 5 die überlagerte Anordnung mit einem schematisch dargestellten R (u3) in Form eines Kreisrings 40 um den Störschutzdraht mit verteiltem C, das der direkten Kapselung am Draht entspricht und dem lokalisierten C als eine elektrisch über eine Länge des Drahts angeschlossene Kapazität.

Natürlich^Ste11OIe Vorrichtung der,ersten Abbildungein erstes Aus-

A λ** ba-itöSS' ichkeiten offen lasst, wahrend führungsbeispiel α«"» aas Keine vdie Vorrichtung des zweiten

' lässt

Ausführungsbeispiels . mehrere Möglichkeiten zu, je nach der Stelle, an der die lokalisierte Kapazität angeschlossen ist (links, rechts oder etwa in der Mitte der verteilten Kapazität). Auch hier kann die verteilte Kapazität vollständig in der Marke innerhalb der Abschirmung oder ein Teil kann außerhalb der Marke untergebracht werden. Schließlich kann bei dieser Struktur das Kabel 14, das verteilte R, ein dämpfendes Kabel R (CJ) sein, wodurch die Leistungen verbessert werden.

An dieser Stelle sei erwähnt - und dies gilt für alle Anwendungsbeispiele der Abb. 4 und 5 - daß Leistungen dadurch begrenzt

ierte _w W-- *. ^von 10 "" 100 PF

unterschreiten darf (dies ist die Summe des lokalisierten C und verteilten C) und daß der verteilte Widerstand R ((J ) in der Regel größer ist als der lokalisierte Widerstand R (<jü ) (wobei der Widerstand R ((jj ) mit mehreren Wendeln ausgestattet ist).

Die Begrenzung der Leistungen wird somit im wesentlichen auf Überlegungen hinsichtlich der Komplexheit, der praktischen Durchführbarkeit und wichtiger technischer damit zusammenhängen der Probleme zurückzuführen sein, z.B. Spannungsverhalten,

Die Herstellung der Widerstände R ($j) wurde weiterhin ausführlich beschrieben: Perrit-Ringe, dämpfende Ferrit-Mischungen für lokalisierte Elemente, dämpfende Störschutzdrähte für verteilte Elemente

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Die Herstellung der lokalisierten Kapazität wurde ebenfalls beschrieben: Verwendung des Isoliermantels des Kabels, der Keramikmasse der Kerze oder einer koaxialen, zylindrischen oder radialen Kapazität, die galvanisch mit dem Hochspannungspunkt verbunden wirdj des weiteren Verwendung eines thermoplastischen oder wärmehärtenden Isoliermittels bei einer hohen Dielektrizitätskonstante, z.B. TiO₂, Titanate oder auch ein dämpfendes magnetisches Gemisch mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten usw.

Die Herstellung der längs einer Leitung verteilten Kapazität ist ifentisch. Der einzige Unterschied besteht darin, daß ein spannungsführender Leiter eingesetzt wird, dessen Potential mit der Länge schwankt, was auf den Widerstand E oder den verteilten Widerstand R (cü ) zurückzufihren ist.

Natürlich ist die Zahl der verschiedenen Durchführungswianten gemäß diesen Beschreibungen recht groß, und nur einige werden in der weiteren Folge im einzelnen erläutert.

Nachstehend einige zusätzliche Punkte, die allgemein anwendbar sind:

- Die (Massen) Elektroden der verteilten Kapazitäten können mit jedem bekannten Verfahren hergestellt werden, z.B. Geflecht, Metallauflage, Metallrohr, leitfähige Zusätze.

Wir wollen auch eine Abwandlung beschreiben, bei der eine Mischung aus PVC und leitendem Graphit zur Herstellung diesar Kapazität und sogar die gesamte Abschirmung der Piltermarke verwendet wird.

- Die Zünddrähte werden mit recht dicken Mänteln mit gutem Hochspannungsverhalten umgeben. Eines der vornehmlich angewandten Verfahren zur Einführung der verfeilten Kapazität besteht in der direkten Anwendung auf eine Länge des Störschutzdrahtes,

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- Eine derartige "abgeschirmte" Länge des Störschutzdrahtes kann innerhalb des Körpers der Filtermarke liegen. Eine bestimmte Länge kann aber auch überstehen, d.h. an dem Verbindungsdraht in der Luft.

Ein interessanter Extremfall ist der, wo diese Außenabschirmhülle aus Kunststoff mit leitfähigen Zusätzen besteht und sich längs des Hochspannungsverbindungsdrahtes erstreckt.

- Ein wichtiger Aspekt bei den Lösungen der Abb. 3, 4 und 5 bei der Auslegung der Übertragungsleitung ist die Diskontinuität der charakteristischen Impedanz beim Austritt aus der Filtermarke; das Ganze kann als eine Leitung mit Belagskonstanten R ((SJ) und L (cJ), jedoch mit einem veränderlichen C betrachtet werden. Beim Austritt aus dem abgeschirmten Teil (wo C z.B. = 2 pF/cm ist), verringert sich die Belagskapazität jedoch fühlbar, weil der Draht in seinem Verbindungsteil von der Masse getrennt ist: Daraus ergibt sich eine Änderung der charakteristischen Impedanz Zc (Zc 1 / Zc = 5 bei 30) von 15 - 30 und Verluste durch Grenzflächendampfung, die zu den Eigenverlusten kommen. In diesem Zusammenhang sei auf die bereits gemachten Ausführungen über die Scheinresonanz verwiesen.

Ein weiterer interessanter Fall ist folgender: die charakteristische Impedanz Zc 1 des Zünddrahts ist insoweit schlecht definiert, als die Masse (Motor, Haube usw.) sich von vornherein in einem bestimmten Abstand befindet. Die Dämpfung bei einem gegebenen Widerstand R (ω) als Kennwert der Störschutzkabel ist in einer definierten Struktur eine Funktion Zc.

Λ . tatsächl. Teil von äf±Ä - \

und es müßte Zc zur Optimierung der Eigendämpfung a,. der Leitung ein genauer Wert gegeben werden.

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Eine (leitende oder halbleitende) Metallauflage auf den ganzen oder einen Teil des Kerzendrahts um den ganzen Umkreis reicht zur Definition von Zc* und zur Optimierung von OC. selbst aus. (Natürlich ist diese Optimierung von 06-1 selbst als unabhängige Lösung anwendbar. Wir erwähnen sie im Rahmen dieses Patents aufgrund des praktischen Anschlusses der Masse durch die Marke hindurch).

Wie bereits erwähnt, können verschiedene Medien (insbesondere Mischung mit Spezialbelag) sowohl als magnetisches Verlustmedium für R (Cu) und als dielektrisches Medium (für C) dienen. In diesem Falle ist C in der Regel nicht konstant, sondern eine Punktion C (6J). Ein praktisches Beispiel mit "dielektrischmagnetischem" Medium wird nachstehend beschrieben.

Es wird auch der Fall der von vornherein schlechten Massenverbindung erwähnt: der Filter darf natürlich nicht seine ganze Wirksamkeit verlieren oder sogar die Störstrahlung schlimmer als ohne Marke gestalten (dies wäre z.B. der Fall bei der SRI-Kerze axt hohen Frequenzen im Falle eines Abreißens der Masse).

Die Abb. 6, 7> 8 und 9 zeigen einige praktische Anwendungsbeispiele, die den vorstehend erläuterten Schaltbildern entsprechen. Strukturell lassen sich die Anwendungsbeispiele sowohl auf gerade, gekrümmte oder eckige Ausführungen anwenden.

Abb. 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel nach dem Schaltbild der Abb. 2. Der Widerstand R (U)) besteht aus einem oder mehreren dem Kerzenkopf umgebenden Ferrit-Ringen. Die Kapazität C bestieht aus der Verbindung und der äußeren Metallkapselung: die dielektrische Isolierung 7 kann aus Kunststoff oder einem Elastomer mit hoher Temperaturbeständigkeit sein (Neopren, Hyperion, Silikon) und besitzt zur Erzielung eines ausreichenden Kapazitätswertes einen ferromagnetischen Belag vom Typ Titanoxid usw., durch den eine Dielektrizitätskonstante von rd. 10 - 50 ohne Verringerung der Durchschlagfestigkeit erreicht werden kann.

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Wie bereits erwähnt, kann der Fenit-Ring aus einem Gemisch aus ' Elastomer (hohe Temperatur) und körnigem Ferrit bestehtn, und diese Mischung kann das Isoliermittel (mit hohem £, ) darstellen, wenn es eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit aufweist. Dies entspricht einer besonders einfachen Ausführung (wir unterstellen hier ein gleiches Potential für die Verbindung und das Austrittsdrahtende, und es kann somit als eine lokalisierte Kapazität angesehen werden).

Natürlich trifft dies streng genommen nur dann zu, wenn der Zünddraht aus einem Metalleiter mit geringem Widerstand besteht.

Abb. 7 stellt eine dem Schaltbild der Abb. 3 entsprechende Ausführung dar, bei der die Kerze aus Gründen der Darstellung entfällt. Der Austritt der Marke (rechts) zeigt klar die den Zünddraht umgebende Massenelektrode 51. Der untere Teil 51' entspricht genau dem Fall der Abb. 3₅ während eier obere Teil 5i^! ' eine verteilte Kapazität darstellt, deren Abschirmung sich außerhalb der Marke auf mindestens einen Teil des Zünddrahtes fortsetzt.

Wir haben bereits gesagt, daß diese Abschirmung ein Geflecht, eine Auflage, ein Kunststoff oder ein halbleitendes Polymer oder sogar halbleitendes, selbstdämpfendes Gemisch sein kann.

Abb. 8 stellt eine weitere Ausführung gemäß Schaltbild der Abb. 3 dar. Die Füllung 3, halbleitend oder mit hohem t oder einer dämpfenden Mischung kann z.B. aus mit Graphit oder einem leitenden Metallpulver versetzten Neopren oder aus anderen dämpfenden, leitfähigen Zusätzen hergestellt werden. Es stellt die Außenbewehrung einer verteilten Kapazität um den Zünddraht dar (51 Abb. 3 oder 4). Eine Isolierung 9 ist um die Verbindung herum vorgesehen. Der rechte Teil des Markenfußes zeigt einen Ferrit-Ring oder einen Ring aus einem absorbierenden Gemisch, das einen lokalisierten Widerstand R (cJ ) (um die Verbindung herum) darstellt, wie beim Schaltbild der Abb. 2. In diesem Fall der rechten Hälfte der Abbildung stellt das Ganze somit einen Filter gemäß dem Schaltbild der Abb. 4 dar. _ 17 _

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Der linke Teil ist eine schematische Darstellung einer Ausführung ohne Ferrit-Ring und stellt nur das Schaltbild der Abb. 3 dar. Der Isolierkörper 9 um die Hülse herum kann z.B. geformt werden und ist ein gutes Dielektrikum mit entsprechendem Spannungsverhalten.

Eine besonders einfache Ausführung besteht in der Verwendung eines einzigen dielektro-magnetischen Halbleiterfilters, der sowohl den lokalisierten Widerstand E (^i), den lokalisierten Widerstand C und die verstärkte Kapazität C (&)) um den Zünddraht herum übernimmt: natürlich ist dann ein gutes dielektrisches Verhalten dieses Mediums erforderlich.

Die Abb. 9 zeigt eine weitere Ausführung gemäß den Schaltbildern der Abb. h und 5» bei der der Ferrit-Ring 40 selbst dazu dient, die lokalisierte Kapazität des ersten Elements des Filters über die Metallauflagen 52 und 53 herzustellen. Hat die Isolierung ein Leiter oder Halbleiter, dann ist die verteilte Kapazität (zum Austritt der Marke hin) gering, und wir haben eine Abwandlung der Ausfuhrungsbeispiele der Abb. 6.

Als letztes Beispiel sei eine besonders einfache Ausführung des Schaltbildes der Abb. 3 angeführt: verteiltes R (6i), verteilte Kapazität C. Die Hülse ist auf dem dämpfenden oder als Widerstand ausgelegten Zünddraht montiert. Anschließend erfolgt eine dichte Ummantelung mit einem guten Isolierkörper analog zu dem der Abb. 8. Schließlich wird ein halbleitendes Füllmaterial darübergepreßt, z.B. mit Graphit versetztes Neopren, und am Ende ein elastischer, temperaturbeständiger Mantel aus Elastomer als Halbleiter. Diese Hülle ist so elastisch und gleichzeitig so steif, daß sie den Kontakt mit der Kerzenmarke herstellt.

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Die Verwendung von wärmehärtendem Material für diese Hülle ist eine zusätzliche Möglichkeit.

Obgleich die Schaltbilder der Zeichnungen lediglich Filter für Kerzen darstellen, können diese Schaltbilder auch für Verbindungsfilter mit der Spule oder dein Verteiler verwendet werden.

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Claims

Ansprüche

Abgeschirmter Filter für Zündkerzen und Hochspannungsverteiler aus Zündkabelmarken von Explosionsmotoren mit einen Reihenwiderstand R und einer vorgeschalteten Kapazität (gegen Masse) C, durch folgende Punkte gekennzeichnet:

- Der Filter am Ende des Hochspannungskabels dient als Verbindungsmarke und ist direkt an den Kerzen, dem Verteiler - . oder derSpule angeschlossen. . . -

- der Widerstand R und die Kapazität G bilden einen Vierpol und werden in der Weise gewählt, daß das R.C-Produkt über der der Grenzfrequenz entsprechenden Zeitkonstanten liegt,

- der Widerstand wird in der Weise gebildet, daß die Wirkung einer ungünstigen, zugeschalteten Streukapazität vermieden wird,

- die Kapazität verwendet als Heißelektrode den normalen Aufbau der Kerze oder der Klemme des Verteilers, ihre Verbindung zum Zündkabel und eventuell ainen Teil des Zündkabels selbst.

— Filter nach Anspruch i dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand ein lokalisierter Widerstand ist, der durch magnetische Kupplung durch einen oder mehrere den Leiter umgebende Strukturen induziert wird.

- Filter nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand aus einem oder mehreren Ringen aus magnetischem Material vom Typ Ferrit, aus einem Material mit Ferrit oder anderem magnetischen Material als Zusatz besteht, mit Verlusten, die mit wachsender Frequenz zunehmen.

- Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die zugeschaltete Kapazität eine lokalisierte Kapazität ist.

- Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand ein verteilter Widerstand ist.

- Filter nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand aus einem Teil des Zündkabels besteht.

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- 2β-

- Widerstand nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die zugeschaltete Kapazität längs des verteilten Widerstands verteilt ist.

- Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Massenelektrode der zugeschalteten Kapazität einen Widerstand besitzt.

- Filter nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Massenelektrode der zugeschalteten Kapazität aus einer Schicht besteht, die den verteilten Widerstand auf mindestens einem Teil seiner Verbindungslänge umgibt.

- Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einen lokalisierten und einen verteilten Teil umfaßt.

- Filter nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität einen lokalisierten und einen verteilten Teil umfaßt.

609849/0680