DE3603720A1 - Mit hochfrequenz betriebener zuendtransformator fuer oel- oder gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Hochfrequenz betriebenen Zündtransformator für Öl- oder Gasbrenner, mit wenigstens einer niederspannungsseitigen Primär- und einer hochspannungsseitigen Sekundärwicklung.

Ein bekannter Zündtransformator dieser Art wird durch Impulse eines mit Gleichspannung betriebenen Transistor- Oszillators mit einer Frequenz von etwa 20 kHz gespeist und ist zusätzlich mit einer Rückkopplungswicklung des Transistor-Oszillators versehen. Den Transformator mit einer derart hohen Frequenz zu betreiben, hat den Vorteil, daß er im Vergleich zu einem mit Netzfrequenz betriebenen Zündtransformator klein gebaut werden kann. Die hohen Frequenz kann jedoch dazu führen, daß die Leistung des Zündfunkens nicht zur Zündung von schweren Gasen oder zerstäubtem bzw. verdampftem schweren Brennöl ausreicht, weil der Zündstrom durch die unvermeidlichen Streuinduktivitäten begrenzt wird, deren Impedanz wegen der hohen Frequenzen entsprechend hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zündtransformator der gattungsgemäßen Art anzugeben, der bei weiterhin kleinem Aufbau einen höheren Zündstrom ermöglicht und damit die Zündsicherheit steigert.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung als koaxiale Mehrschichtwicklungen ausgebildet sind und die axiale Länge der Sekundärwicklung ein Vielfaches der axialen Länge der Primärwicklung beträgt.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß der gesamte durch die Sekundärwicklung erzeugte magnetische Fluß durch die Primärwicklung verläuft. Auf diese Weise wird erreicht, daß die sekundäre Streuinduktivität beim Auftreten des Zündfunkens praktisch negativ wird, so daß die Gesamtimpedanz kleiner und damit ein größerer Zündstrom erzielt wird.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Primärwicklung ringscheibenförmig ist und die Sekundärwicklung in ringscheibenförmige Abschnitte unterteilt ist, die symmetrisch zu beiden Seiten der Primärwicklung liegen. Bei dieser Aufteilung der Sekundärwicklung ergibt sich eine höhere Sicherheit gegen einen Hochspannungsdurchschlag zwischen den einzelnen Wicklungsabschnitten.

Sodann können die Primärwicklung und die ringscheibenförmigen Abschnitte der Sekundärwicklung jeweils in einer Ringkammer eines mehrere axial nebeneinanderliegende Ringkammern aufweisenden isolierenden Wicklungsträgers angeordnet sein. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Ausbildung der Ringscheibenform der Primärwicklung und Sekundärwicklungsabschnitte unter gleichzeitiger Steigerung der Durchschlagfestigkeit zwischen den Abschnitten der Sekundärwicklung.

Vorzugsweise sind die beiderseits der Primärwicklung liegenden Hälften der Sekundärwicklung dicht an der Primärwicklung angeordnet. Auf diese Weise kann ein noch stärkerer Zündfunken erreicht werden.

Eine andere Ausbildung kann darin bestehen, daß die Sekundärwicklung axial durchgehend gewickelt ist und die Primärwicklung die Sekundärwicklung in ihrer axialen Mitte umgibt.

Sodann kann der Zündtransformator einen stabförmigen Ferritkern aufweisen, der einen besonders kleinen Aufbau des Transformators ermöglicht.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Grundprinzip eines Transformators mit einer nur eine Windung aufweisenden Primärwicklung und einer nur eine Windung aufweisenden Sekundärwicklung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündtransformators in schematischer Darstellung,

Fig. 3 ein ausführlicheres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators,

Fig. 4 ein Leerlauf-Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Transformators und

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Transformators bei Ausbildung eines Zündfunkens.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst das in Fig. 1 dargestellte Grundprinzip eines Transformators betrachtet, bei dem die Primärwicklung 1′ nur eine Windung und die Sekundärwicklung 2′ ebenfalls nur eine Windung aufweist. Wenn lediglich in der Primärwicklung 1′ ein Strom fließt, erzeugt dieser einen magnetischen Fluß ϕ ₁₁, der die gesamte Primärwicklung 1′, aber nur teilweise die Sekundärwicklung 2′ durchsetzt. Bezeichnet man den die Sekundärwicklung durchsetzenden Teil des Gesamtflusses ϕ ₁₁ mit ϕ ₁₂ und den die Sekundärwicklung 2′ nicht durchsetzenden Teil des Gesamtflusses ϕ ₁₁ als Streufluß ϕ _1s , dann gilt:

ϕ ₁₁ = ϕ _1s + ϕ ₁₂ (1)

Wenn lediglich in der Sekundärwicklung 2′ ein Strom fließt, dann läßt sich der von der Sekundärwicklung erzeugte Gesamtfluß ϕ ₂₂ ebenfalls aufteilen in einen die Primärwicklung 1′ durchsetzenden Teilfluß ϕ ₂₁ und einen Streufluß ϕ _2s , so daß gilt:

ϕ ₂₂ = ϕ _2s + ϕ ₂₁ (2)

Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündtransformators sind die mehrere Windungen aufweisende Primärwicklung 1 und Sekundärwicklung 2 als zylindrische Mehrschichtwicklungen ausgebildet, wobei die Primärwicklung 1 axial sehr viel kürzer als die Sekundärwicklung 2 ist und die Sekundärwicklung 2 etwa in ihrer axialen Mitte umgibt.

Während bei dem Transformator nach Fig. 1 die Streuflüsse ϕ _1s und ϕ _2s beide stets positiv sind, tritt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Fall auf, daß bei einem sekundärseitigen Kurzschluß, wie er praktisch bei der Ausbildung eines Zündfunkens vorliegt, der die gesamte Sekundärwicklung durchsetzende Fluß d ₂₂ nur ein Teil des von der Sekundärwicklung 2 erzeugten Gesamtflusses ϕ ₂₁ ist, dieser Gesamtfluß ϕ ₂₁ jedoch die Primärwicklung 1 vollständig durchsetzt und ein Teil des Flusses ϕ ₂₁ der Sekundärwicklung 2, nämlich der Streufluß ϕ _2s , nur einen Teil der Sekundärwicklung 2 durchsetzt. Damit gilt nach Umformung der Gleichung (2):

ϕ _2s = ϕ ₂₂ - d ₂₁ (3)

Da ϕ ₂₁ größer als ϕ ₂₂ ist, ist der Streufluß ϕ _2s negativ.

In dem für den sekundärseitigen Leerlauf geltenden Ersatzschaltbild nach Fig. 4 und in dem für den sekundärseitigen Kurzschluß (Ausbildung eines Zündfunkens) geltenden Ersatzschaltbild nach Fig. 5 sind eine dem Streufluß ϕ _1s entsprechende Streuinduktivität L _1s und die dem Streufluß ϕ _2s entsprechende Streuinduktivität L _2s in Verbindung mit einer Haupt- oder Querinduktivität L eingezeichnet.

Bei der Auslösung eines Zündfunkens, der einem Kurzschluß entspricht, gilt dann nach Fig. 5 für den auf die Primärseite (unter Berücksichtigung des Windungszahlenverhältnisses) bezogen Kurzschlußstrom I _k :

Nach Gleichung (4) ist der auf die Primärseite bezogene Kurzschlußstrom I _k größer als der primärseitige Strom I, weil die sekundärseitige Streuinduktivität L _2s negativ ist. Obwohl mithin die Windungszahl der Sekundärwicklung 2 wesentlich höher als die der Primärwicklung 1 ist, da es sich bei dem Zündtransformator um einen Hochspannungstransformator handelt, kann bei Auslösung eines Zündfunkens der sekundärseitige Zündstrom sehr hoch sein, und er wird umso größer, je negativer die Streuinduktivität L _2s wird.

Der in Fig. 3 dargestellte Zündtransformator entspricht im Prinzip dem in Fig. 2 dargestellten Zündtransformator, weil auch hier die Sekundärwicklung 2 in Axialrichtung wesentlich länger als die Primärwicklung 1 ausgebildet und beide Wicklungen 1 und 2 schichtweise gewickelt sind. Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ersatzschaltbilder gelten daher auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, wobei die Streuinduktivität L _2s ebenfalls negativ und der auf die Primärseite bezogene sekundärseitige Zündstrom I _k sehr viel größer als der primärseitige Strom I ist. Die Wicklungen 1 und 2 sind jedoch auf einen aus Isoliermaterial hergestellten Wicklungsträger 3 gewickelt. Der Wicklungsträger 3 ist im wesentlichen stabförmig und hat mehrere koaxiale, in Axialrichtung des Wicklungsträgers 3 nebeneinander angeordnete Ringkammern 4 und 5, wobei die Ringkammern 5 axial schmaler als die einzige, in der axialen Mitte des Wicklungsträgers 3 liegende Ringkammer 4 und symmetrisch zu beiden Seiten der mittleren Ringkammer 4 angeordnet sind. Dargestellt sind auf beiden Seiten der mittleren Ringkammer 4 jeweils sieben Ringkammern 5; die Anzahl der Ringkammern 5 kann jedoch kleiner oder größer als dargestellt gewählt werden, so daß die axiale Gesamtlänge der in den Ringkammern 5 angeordneten ringscheibenförmigen Abschnitte 6 der Sekundärwicklung 2 und damit die axiale Länge der Sekundärwicklung ein Vielfaches, etwa das Zwei- bis Fünffache, der axialen Länge der in der mittleren Ringkammer 4 angeordneten Primärwicklung 1 beträgt. Die beiderseits der Primärwicklung 1 liegenden Hälften der Sekundärwicklung 2 werden getrennt gewickelt, und die axial inneren Enden der beiden Wicklungshälften werden nach außen geführt und dann miteinander verbunden, so daß sich eine Sekundärwicklung mit (nicht dargestellter) Mittelanzapfung ergibt. Die axial äußeren Enden der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 2 sind ebenfalls als Anschlüsse herausgeführt, jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt.

Die mittlere Ringkammer 4 enthält eine um die Primärwicklung 1 herumgewickelte weitere Wicklung 7, die als Rückkopplungswicklung dient und in der zugehörigen elektronischen Zündeinrichtung mit der Basis des Transistors eines mit Gleichspannung gespeisten Transistor- Oszillators verbunden ist, der den Zündtransformator mit hochfrequenten Impulsen von etwa 20 kHz betreibt.

Alle Wicklungen 1, 2 und 7 sind schicht- oder lagenweise koaxial zur Längsachse des Wicklungsträgers 3 gewickelt, und in einem axial durchgehenden Loch 8 des Wicklungsträgers 3 ist ein stabförmiger Ferritkern 9 angeordnet.

Die Wandstärke der die mittlere Ringkammer 4 begrenzenden Wände 10 in Axialrichtung des Wicklungsträgers 3 ist so gewählt, daß der axiale Abstand a der Primärwicklung 1 von den benachbarten Wicklungshälften der Sekundärwicklung 2 so gering ist, daß die sekundäre Streuinduktivität L _2s einen möglichst hohen negativen Wert aufweist und sich ein dementsprechend stärkerer Zündstrom ergibt. Die Unterteilung der Sekundärwicklung 2 in mehrere ringscheibenförmige Abschnitte 6 hat den Vorteil, daß der Zündtransformator sekundärseitig ohne Durchschlaggefahr eine sehr hohe Zündspannung von etwa 15 kV abgeben kann, wie sie für einen Kesselbrenner erforderlich ist. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators kann dann bei etwa 50 bis 60 liegen.

Der gesamte Zündtransformator kann ferner in Kunstharz eingegossen sein, so daß nur die nicht dargestellten sieben Anschlüsse herausragen.

Claims (6)

1. Mit Hochfrequenz betriebener Zündtransformator für Öl- oder Gasbrenner, mit wenigstens einer niederspannungsseitigen Primär- und einer hochspannungsseitigen Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (1) und die Sekundärwicklung (2) als koaxiale Mehrschichtwicklungen ausgebildet sind und die axiale Länge der Sekundärwicklung ein Vielfaches der axialen Länge der Primärwicklung beträgt.

2. Zündtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (1) ringscheibenförmig ist und die Sekundärwicklung (2) in ringscheibenförmige Abschnitte (6) unterteilt ist, die symmetrisch zu beiden Seiten der Primärwicklung liegen.

3. Zündtransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (1) und die ringscheibenförmigen Abschnitte (6) der Sekundärwicklung jeweils in einer Ringkammer (4; 5) eines mehrere axial nebeneinanderliegende Ringkammern aufweisenden isolierenden Wicklungsträgers (3) angeordnet sind.

4. Zündtransformator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits der Primärwicklung (1) liegenden Hälften der Sekundärwicklung (2) dicht an der Primärwicklung (1) angeordnet sind.

5. Zündtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (2) axial durchgehend gewickelt ist und die Primärwicklung (1) die Sekundärwicklung (2) in ihrer axialen Mitte umgibt (Fig. 2).

6. Zündtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen stabförmigen Ferritkern (9) aufweist.