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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Hochspannungs-Spulenanordnung,
die als eine Zündspule verwendbar ist, die in Abhängigkeit von einer primären Niederspannung
eine Hochspannung zur Versorgung einer Zündkerze oder von Zündkerzen mit einer Hochspannung
erzeugt, um ein Luft/Kraftstoffgemisch in einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs
oder dergl. zu zünden. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer solchen
Hochspannungsspulei die einen derartigen Aufbau hat, daß die Primär- und Sekundärwicklungen
in einem Gußstück aus einem Harz bzw. einem Kunststoff eingebettet sind.
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In letzter Zeit wurde gefordert, daß Kraftfahrzeug-Bauteile eine ausgezeichnete
Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit haben und in ihren Abmessungen kompakt sein sollen.
Aufgrund die ser Entwicklungstendenz werden häufig dann Zündspulen in Form eines
Harz- bzw. Kunststoffgußteils verwendet, wenn beim Harz bzw. Kunststoffgießen die
Primär- und Sekundärwicklungen und andere Hilfsbauelemente oder Einzelteile in ein
Guß stück eingebettet sind, das aus einem isolierenden Kunstharz bzw.
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Kunststoff besteht, der hinsichtlich der Eigenschaften der Wärmebeständigkeit,
der Koron afestigkeit und der Isolierung besser ist.
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Eine solche Hochspannungsspule, ausgelegt als Harz- bzw.
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Kunststoff-GußstUck hat jedoch den Nachteil, daß Risse infolge der
unterschiedlichen Expansions- und Kontraktionskoefxizienten zwischen den verschiedenen
Bauelementen auftreten.
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Insbesondere wird beim Arbeiten einer Hochspannungsspule Warme
erzeugt,
so daß beim Arbeiten der Hochspannungsspulenanordnung in derselben die Temperatur
ansteigt. Andererseits fällt die Temperatur, wenn die Hochspannungs-Spulenanordnung
entregt wird. Da die Hochspannungsspule wiederholt hohen und niedrigen Temperaturen
ausgesetzt ist, ist das Gußstück, bestehend aus einem isolierenden Harz- bzw. Kunstatoffmaterial
einer solchen Beanspruchung unterworfen, daß sich in dem Gußstück leicht Risse bilden
können. Insbesondere, wenn das Gußstück fest mit einem Eisenkern verbunden ist,
der sich in der Mitte der Spuenwicklungen befindet, treten leicht Risse auf, obgleich
eine solche Auslegung einer festen Verbindung zur Verbesserung der rschütterungsfestigkeit,
der Unterdrückung eines Brummens und der Verringerung der Abmessungen erwünscht
ist. Auch gibt es eine weitere übliche Hochspannungsspule, bei der sich das Gußstück
durch den Spulenkörper der Primärwicklung in einem Abstand von dem Eisenkern befindet.
Auch hier wird die Beanspruchung über den Spulenkörper auf das Gußstück übertragen,
was zur Folge hat, daß Risse auftreten können. In dem Harz-bzw. Kunststoffgußstück
auftretende Risse können verursachen, daß die Spulen brechen oder durchbrennen,
und sie können auch verursachen, daß die elektrischen Isolierungseigenschaft sich
verschlechtert, so daß die Standzeit einer solchen Hochspannungsspulenanordnung
als Harz-bzw. Kunststoffgußstück im Vergleich zu anderen Bauarten von Spulenanordnungen
wesentlich verkürzt wird.
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Aus obigem Grunde wird bei einer solchen Auslegung ein Eisenkern nach
der Ausbildung des Gußstücks eingebaut, wobei der Eisenkern an die Auslegung angepaßt
werden muß. Deshalb ist bei der Herstellung einer solchen Hochspannungs-Spulenanordnung
ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt erforderlich, und wenn eine solche Hochspannungs-Spulenanordnung
mit einer derartigen Auslegung verwendet wird, müssen spezielle Vor-;ehrungen gegen
Schwingungen und das Brummen getroffen werden.
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Die Erfindung zielt darauf ab, die vorgenannten Nachteile und Schwierigkeiten
bei der üblichen Hochspannungsspule zu überwinden, die in Form eines Harz- bzw.
Kunststoffgußstücks ausgelegt ist.
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Insbesondere soll deshalb nach der Erfindung eine Hochspannungsspule
in Form eines Harz- bzw. Kunststoffgußstücks geschaffen werden, bei der das Auftreten
von Rissen in dem Harz- bzw. Kunststoffgußstück verhindert wird.
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Vorzugsweise soll nach der Erfindung eine Hochspannungsspule in Form
eines Harz- bzw. Kunststoffgußstückes ausgezeichnete Erschütterungsfestigkeitskennwerte
haben.
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Ferner soll nach der Erfindung eine solche Hochspannungsspule in Form
eines Harz- bzw. Kunststoffgußs-tücks derart ausgelegt sein, daß es nicht mit dem
Mangel des Brummens behaftet ist.
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Insbesondere soll nach der Erfindung eine Hochspannungsspule in Form
eines Harz- bzw. Kunststoffgußstückes hinsichtlich ihres Aufbaus vereinfacht sein,
so daß sie sich leicht herstellen läßt.
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Vorzugsweise soll nach der Erfindung eine Hochspannungsspule in Form
eines Harz- bzw. Kunststoffgußstücks so beschaffen sein, daß sie eine lange Lebensdauer
bzw. Standzeit hat.
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Nach der Erfindung hat ein Spulenkörper, auf den eine Primärwicklung
gewickelt ist, eine Längserstreckung, die länger als die Länge der Spule der Primärwicklung
ist, so daß die Primärwicklung um den Spulenkörper derart gewickelt ist, daß bei
de Enden der Spule jeweils einen Abstand von den beiden Enden des Spulenlcbrpers
haben. Der SpuleSsörper der Prirnaricl:-lung wird mit einem Eisenkern derart zusammengebaut,
daß der Spulenkörper einen Mittelabschnitt des Eisenkerns umgibt.
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Eine Sekundärwicklung ist über einen Isolator wie über einen zweiten
Spulenkörper oder dergl. auf die Primärwicklung gewickelt. Die Kombination, bestehend
aus den Primär- und Sekundärwicklungen wird von einem Harz- bzw. KunststoLfgußstück
derart eingehüllt, daß die zuinnerst liegenden Abschnitte des Harz- bzw. Kunststoffgußstückes
gegen den Spulenkörper der Primärwicklung an Stellen in der Nähe seines Endes anstoßen.
Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Endabschnitte des Spulenkörpers der Primärwicklung,
die als Randabschnitte bezeichnet werden können, in Zwischenlage zwischen dem Eisenkern
und dem Harz- bzw. Kunststoffgußstück angeordnet sind. Der Spulenkörper der Primärwicklung
besteht aus einem thermoplastischen Harz, so daß -Verformungen des Spulenkörpers,
insbesondere an den Randabschnitten, auftreten, wenn Wärme einwirkt. Aufgrund der
Verformung des Spulenkörpers wird verhindert, daß unerwünschte Beanspruchungen zu
dem Harz- bzw. Kunststoffgußstück übertragen werden, wenn sich die verschiedenen
]31emente oder Bauelemente der Hochspannungs-Spulenanordnunls ausdehnen oder zusammenziehen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibuilg eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt: Fig. 1 eine Vorderansicht
einer Ausführungsform einer Hochspannungs-Spulenanordnung nach der Erfindung in
Teilschnittdarstellung; Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 3 eine Vorderansicllt einer Kombination, bestehend aus einem Eisenkern und
einem
ersten Spulenkörper, die beide in Fig. 1 gezeigt sind; und
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Kombination.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs als Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsspule nach der Erfindung
gezeigt. Der Innenaufbau der Zündspule ist in den Fig. 3 und 4 detailliert gezeigt.
Die Zündspule weist einen Eisenkern 1 auf, der aus einem Schichtkörper aus Siliziumstahlplatten
besteht. Ferner weist die Zündspule einen ersten Spulenkörper 2 auf, der aus einem
isolierenden Material--besteht. Eine Primärwicklung 3 ist um den ersten Spulenkörper
2 gewickelt. Ein zweiter Spulenkörper 4 besteht aus einem isolierenden Material.
Eine Sekundärwicklung 5 ist um den zweiten Spulenkörper 4 gewickelt. Ein Gußstück
8, das aus einem isolierenden Kunstharz bzw. Kunststoff besteht, gehört ferner zu
der Zündspule.
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Der erste Spulenkörper 2 besteht aus einem thermoplastischen Harz,
wie Nylon, und sie ist fest um den Eisenkern 1 derart angeordnet, daß beide Endendes
Eisenkerns 1 über die beiden Enden des ersten Spulenkörpers 2 vorstehen. Insbesondere
sind der erste Spulenkörper 2 und der Eisenkern 1 teleskopartig in Eingriff, so
daß nur der Mittelabschnitt des Eisenkerns 1 bedeckt ist. Die um den Außenumfang
des ersten Spulenkörpers 1 gewickelte Primärwicklung 3 hat erste und zweite Zuführungsleitungen
(nicht gezeigt) an ihren beiden Enden, und die erste Zuführungsleitung ist elektrisch
mit dem Eisenkern 1 und die zweite Zuführungsleitung mit einem Anschluß 7 verbunden.
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Der erste Spulenkörper 2 hat erste und zweite Flanschabschnitte 21
und 21' (siehe Fig. 3) 7 die die Lage der Primänicklung
3 bestimmen.
Genauer gesagt liegt der erste Flanschabschnitt 21 in einem bestimmten Abstand von
dem ersten Ende des ersten Spulenkörpers 2, während der zweite Flanschabschnitt
21 in einem bestimmten Abstand von dem zweiten Ende des ersten Spulenkörpers 2 liegt.
Ein Abschnitt 22 des ersten Spulenkörpers 2, der zwischen dem ersten Ende und dem
ersten Flanschabschnitt 21 liegt, wird als ein erster Randabschnitt bezeichnet,
und der andere, zwischen dem zweiten Ende und dem zweiten Flanschabschnitt 21' liegende
Abschnitt 22' wird als ein zweiter Randabschnitt bezeichnet. Bei dieser Anordnung
ist die Primärwicklung 3 um den Außenumfang des ersten Spulenkörpers 2 derart gewickelt,
daß sich die Primärwicklung 3 in einem Abstand von den beiden Enden des ersten Spulenkörpers
2 befindet. Der erste Spulenkörper 2 hat einen nach außen vorspringenden Abschnitt
23, der mit dem ersten Flanschabschnitt 21 verbunden ist. Zum Zusammensetzen des
ersten Spulenkörpers 2 und des Eisenkerns 1 kann der erste Spulenkörper derart ausgebildet
sein, daß der Eisenkern 1 unter Bildung einer integralen Einheit im Zusammenbauzustand
zentriert ist. Erwünschtenfalls kann jedoch der Eisenkern unter Druck in die Mittelöffnung
des ersten Spulenkörpers 2 eingesetzt werden, der vorgefertigt worden ist.
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Der zweite Spulenkörper 4 hat eine Aussparung zur Aufnahme des zuvor
angegebenen vorspringenden Abschnitts 23 an einem Ende, so daß der zweite Spulenkörper
4 in bezug auf den ersten Spulenkörper 2 stationär angeordnet ist. Im Detail ist
die Innenfläche des zweiten Spulenkörpers 4 so beschaffen, daß sie gegen den Umfang
des ersten und zweiten Flanschabschnitts 21 und 21' jeweils anliegt. Der zweite
Spulenkörper 4, der als ein Isolator zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung
3 und 5 dient, hat eine Spiralnut auf seiner Außenfläche, so daß die Sekundänicklung
5 um den Außentunfan des zweiten Spulenkörpers 4 in Form einer im Querschnitt des
Spulenkörpers liegenden Wicklung gewickelt ist. Der zweite Spulenkörper 4
hat
erste und zweite Tragabschnitte 44 und 44', die sich von den Endabschnitten nach
außen erstrecken. Diese Tragabschnitte 44 und 44' dienen zur Abstützung einer Hochspannungszuleitung
6, die parallel zum Eisenkern 1 angeordnet ist. Die Sekundärwicklung 5 hat erste
und zweite Zuführungsleitungen (nicht gezeigt) an beiden Enden, und die erste Zuführungsleitung
ist elektrisch mit dem Anschluß 7 und die zweite Zuführungsleitung elektrisch mit
einem Leiterabschnitt der zuvor erwähnten Hochspannungszuleitung 6 verbunden.
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Der erste Spulenkörper 2 hat ferner einen Anschlußtragabschnitt 24,
der nach außen vorsteht,und der zuvor erwähnte Anschluß 7 ist von diesem Anschlußtragabschnitt
24 fest unterstützt. Der Anschluß 7 befindet sich in einem vorbestimmten Abstand
von dem Eisenkern 1, so daß dieser von dem Eisenkern 1 isoliert ist.
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Das Harz- bzw. Kunststoffgußstück 8 ist so angeordnet, daß es die
zuvor erwähnten zweiten und ersten Spulenkörper 2 und 4, die Primär- und Sekundärwicklungen
3 und 5 und einen Abschnitt der Hochspannungszuleitung 6 bedeckt. Dies Di e s bedeutet
jedoch nicht, daß der gesamte Körper des ersten Spulenkörpers 2 von dem Gußstück
8 umschlossen ist. Insbesondere ist das Gußstück 8 derart ausgebildet, daß seine
zuinnerst liegenden Abschnitte gegen den äußeren oder Umfangs abschnitt des ersten
Spulenkörpers 2 in der Nähe des ersten und zweiten Endabschnitts des ersten Spulenkörpers
2 anstoßen. Insbesondere sind die zuinnerst liegenden Abschnitte des Gußstücks 8
in Berührung mit dem ersten und zweiten Randabschnitt 22 und 22'. Bei dieser Anordnung
liegen die erste und zweite Endfläche 8-1 und 81', die sich jeweils von den Randabscimitten
22 und 22' des ersten Spulenkörpers 2 radial erstrecken, in Ebenen, die die Randabschnitte
22 und 22' jeweils schneiden. Hit anderen Worten bedeutet dies, daß die Langserstreckung
des Harz- bzwb Kunststoffgußstückes 8,gemessen
längs des zuinnerst
liegenden Abschnitts, nicht größer als die Längserstreckung des ersten Spulenkörpers
2 ist, so daß der erste und der zweite Randabschnitt 22 und 22' jeweils in Längsrichtung
des Eisenkerns 1 über die erste und zweite Endfläche 81 und 81 vorstehen.
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Das Gußstück 8 wird mit Hilfe einer an sich bekannten Spritzgußtechnik
ausgebildet, so daß alle Zwischenräume zwischen den Bauelementen mit isolierendem
Material ausgefüllt sind.
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Somit ergibt sich, daß der erste und zweite Spulenkörper 2 und 4,
die Primär- und Sekundärwicklung 3 und 5 und ein Abschnitt der Hochspannungszuleitung
6 jeweils in dem Harz-bzw. Kunststoffgußstück 8 eingebettet sind. Ein wärmebeständiges,
isolierendes Material mit einer Koronarfestigkeit sollte bei dem Gußstück 8 verwendet
werden. Deshalb wird einem isolierenden Kunsthazr bzw. Kunststoff, wie einem Polyesterharz,
einem Epoxyharz, einem Butadienharz,ein- anorganischer Füllstoff, wie Siliziumoxidpulver,
zugegeben, und es wird ein Härter zugesetzt, um ein Ausgangsmaterial zuzubereiten.
Das Ausgangsmaterial wird durch Umrühren gemischt und dann von Blasen befreit. Das
auf diese Weise zubereitete ;sgangsmaterial wird durch Dampf in eine Form (nicht
gezeigt) gespritzt, und dann kann das eingespritzte Material aushärten oder abbinden,
so daß man das zuvor erwähnte Gußstück 8 erhält.
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Obgleich zuvor nicht erwähnt, ist eine entsprechende Durchführungshülse
9, bestehend aus einem elastischen Material, wie Kautschuk, vorgesehen, die einen
Abschnitt der Hochspannungszuleitung 6 umgibt. Diese Durchführungshülse 9 wird vor
der Ausbildung des Gußstücks 8 vorgesehen. Durch das Vorhandensein der Durchführungshülse
9 wird die LuStdichtigkeit verbessert, und eine über die Hochspannungszuleitung
6 von außen einwirkende Kraft wird daran gehindert, daß sie zum Gußstück 8 übertragen
wird, so daß Rißbildungen vermieden
werden.
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Wenn die Hochspannungs-Spulenanordnung arbeitet, d.h. insbesondere,wenn
die Primärwicklung 3 erregt wird, wird die Hochspannungs-Spulenanordnung infolge
der hauptsächlich von der Primärwicklung 3 abgegebenèn-WArme heiß. Wenn im Gegensatz
hierzu die Hochspannungsspule nicht arbeitet, wird keine Wärme abgestrahlt, so daß
die Temperatur auf Außentemperaturwerte abfällt. Somit wechseln sich heiß und kalt
wiederholt ab, wodurch bewirkt wird, daß sich jedes Element der Hochspannungs-Spulenanordnung
in Abhängigkeit von den jeweiligen Wärmedehnungskoeffizienten ausdehnt und zusammenzieht.
Da sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Eisenkerns 1 beträchtlich von jenem
des Gußstücks 8 unterscheidet, tritt ein nennenswerter Unterschied beim Sxpansions-
und Kontraktionsgrad zwischen diesen beiden Bauteilen auf.
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Nach der Erfindung ist, wie zuvor beschrieben, das Harz- bzw.
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Kunststoffgußstück 8 mit Hilfe des ersten Spulenkörpers 2 in einem
Abstand von dem Eisenkern 1 angeordnet. Somit ist das Harz- bzw. Kunststoffgußstück
8 insbesondere nicht in direkter Kontakt mit dem Eisenkern 1. Dies bedeutet, daß
der erste Spulenkörper 2, insbesondere seine Randabschnitte 22 und 22' als Puffer
dienen. Genauer gesagt wird der zuvor angegebene Unterschied bei dem Expansipns-
und Kontraktionsgrad durch dit Thermoplastizität, und deshalb durch die Verformung
des erste Spulenkörpers 2 ausgeglichen, der aus einem thermoplastischen Harz besteht.
Bei dieser Auslegung wirkt auf das Harz- bzw.
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Kunststoffgußstück 8 keine starke Beanspruchung ein, und deshalb lassen
sich Rißbildungen wirksam vermeiden. Als Folge hiervon kann das Harz-bzw. Kunststoffgußstück
8 seine Aufgaben erfüllen, und insbesondere sind alle Elemente in diesem Gußstück
8 festgehalten, so daß ein Auftreten von Brummen ode: Summen verhindert ist, und
die gewünschte elektrische Isolierung aufrechterhalten wird.
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Wie in der Zeichnung gezeigt, hat jeder vorstehend erwähnte Randabschnitt
22 und 22 obere und untere Vorsprünge 25, 25', 26 und 26', die in Längsrichtung
des ersten Spulenkörpers 2 vorstehen. Die oberen Vorsprünge 25 und 25' liegen jeweils
gegen eine Seite des Schichtaufbaus des Eisenkerns 1 an, während die unteren Vorsprünge
26 und 26' jeweils gegen die andere Seite des Schichtaufbaus des Eisenkerns 1 anliegen.
Da der Schichtaufbau des Eisenkerns 1 sich in Richtung von der einen zur anderen
Seite auszudehnen und zusammenzuziehen versucht, d.h. in vertikaler Richtung in
Fig. 4 und nicht in der Richtung von unten nach oben, d.h. in Fig. 4 in horizontaler
Richtung, ist es zweckmäßig, daß die vorstehend erwähnten oberen und unteren Vorsprünge
25,25',26 26 und 26' auf den beiden Seiten des Schichtaufbaus des Eisenkerns 1 angeordnet
sind, um den Unterschied hinsichtlich des Expansions- und Kontraktionsgrad zwischen
dem Eisenkern 1 und dem Guß stück 8 wirksam auszugleichen.
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Obgleich bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der zweite Spulenkörper
4 vorgesehen ist, um die Primär- und Sekundärwicklungen 3 und 5 voneinander zu isolieren,
ist ein solcher Spulenkörper nicht unbedingt erforderlich, wenn ein geeigneter Isolator,
wie ein Stück einer isolierenden Folie, um die Primärwicklung 3 gelegt ist. Ferner
braucht die Hochspannungszuleitung 6 nicht notwendigerweise in das Harz- bzw.
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Kunststoffgußstück 8 eingebettet zu sein. Insbesondere kann ein entsprechender
Anschluß vorgesehen sein, um eine elektrische Verbindung zwischen einer äußeren
Hochspannungszuführung und der Sekundärwicklung 5 herzustellen. Die zuvor erwähnten
Flanschabschnitte 21 und 21', der vorspringende Abschnitt 23, der Anschlußtragabschnitt
24 können, wenn erforderlich, weggelassen werden.
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Zusammenfassend ist bei der Auslegung der Hochspannungs-Spulenanordnung
nach der Erfindung der erste Spulenkörper 2,
um den die Primärwicklung
gewickelt ist, zwischen dem Eisenkern 1 und dem Harz- bzw. Kunststoffgußstück 8
an den Randabschnitten 22 und 22' angeordnet, wobei der erste Spulenkörper 2 aus
einem thermoplastischen Harz hergestellt ist und Randabschnitte 22 und 22' in der
Nähe seiner Endabschnitte hat. Diese Randabschnitte 22 und 22' sind von der Primärwicklung
3 nicht bedeckt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung verschiedene
Vorteile erzielt, die sich bei üblichen Hochspannungsspulen, ausgelegt in Form von
Harz- bzw. Kunststoffgußstücken, nicht erreichen lassen.