DE3781692T2 - Hochspannungstransformator und verfahren zu seiner herstellung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
• Ein solcher Transformator ist aus dem Abstract der JP-A-61 231 708 bekannt und wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 erläutert.
• Fig. 1 ist eine Draufsicht auf den konventionellen Hochspannungstransformator für Brennkraftmaschinen, und Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1. In diesen Figuren hat der gezeigte Hochspannungstransformator 1 in Form einer Zündspule ein allgemein zylindrisches Spulengehäuse 2 aus einem Kunstharz, eine Primärwicklung 3 im Spulengehäuse 2, eine Sekundärwicklung 4, die im Spulengehäuse 2 die Primärwicklung 3 umgebend angeordnet ist, eine zylindrische Buchse 5, die in dem Spulengehäuse 2 im wesentlichen in dessen Mitte angeordnet und daran befestigt ist, um eine nicht gezeigte Welle eines Verteilers aufzunehmen, und einen Eisenkern 6, der in dem Spulengehäuse 2 um die Buchse 5 herum so angeordnet ist, daß er die Primärwicklung 3 und die Sekundärwicklung 4 umgibt.
• Der Eisenkern 6 hat einen ringförmigen oder zentralen Schenkelteil 601, der um die zylindrische Buchse 5 herum und radial im Inneren der Primärwicklung 3 angeordnet ist, vier ebene äußere Schenkelteile 602, die radial außerhalb der Sekundärwicklung 4 angeordnet sind, ein Paar aus einem ersten (oder unteren) und einem zweiten (oder oberen) kreuzförmigen Armteil 603 und 604, die die inneren und äußeren Schenkelteile 601 und 602 miteinander verbinden, um eine im wesentlichen geschlossene Magnetbahn zu bilden, die durch die Primär- und die Sekundärwicklungen 3, 4 geht, wenn diese Wicklungen erregt sind. Der ringförmige innere Schenkelteil 601 befindet sich mit seinen entgegengesetzten Enden in Kontakt mit den Innenflächen des unteren und des oberen Armteils 603, 604. Die äußeren Schenkelteile 602 sind geringfügig kürzer als der innere Schenkelteil 601, so daß sie an ihrem Unterende mit dem kreuzförmigen unteren Armteil 603 in Kontakt liegen, aber von dem oberen Armteil 604 beabstandet sind unter Bildung eines begrenzten Spalts 605 dazwischen.
• Ein Harz 7 ist in das Spulengehäuse 2 gefüllt und durchtränkt die Zwischenräume zwischen den Wicklungen 3, 4 und dem Eisenkern 6, um die Wicklungen 3, 4 und den Eisenkern 6 elektrisch gegeneinander zu isolieren und sie außerdem fest mit dem Spulengehäuse 2 zu verbinden bzw. daran festzulegen. In diesem Fall ist der untere Armteil 603 des Eisenkerns 6 mit dem Spulengehäuse 2 integral geformt oder anderweitig damit verbunden und ist zur Außenseite des Spulengehäuses 2 exponiert, um Wärme abzuleiten, die während des Formens des Spulengehäuses 2 erzeugt wird.
• Der oben beschriebene konventionelle Hochspannungstransformator 1 wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird der untere kreuzförmige Armteil 603 des Eisenkerns 6 in dem Spulengehäuse 2 angeordnet und damit integral geformt oder anderweitig fest damit verbunden, und dann werden der ringförmige innere Schenkelteil 601, die Primärwicklung 3, die Sekundärwicklung 4 und die äußeren Schenkelteile 602 in dem Spulengehäuse 2 angeordnet. Danach wird der obere Armteil 604 des Eisenkerns 6 auf den inneren und äußeren Schenkelteilen 601, 602 angeordnet, und das geschmolzene Harz 7 wird bis zu einer vorbestimmten Höhe in das Spulengehäuse 2 eingefüllt, durchdringt die Zwischenräume zwischen den obigen Teilen und erstarrt, um diese Teile fest in dem Spulengehäuse 2 zu installieren. Auf diese Weise dient das eingedrungene Harz nicht nur zum Festlegen der Teile am Spulengehäuse 2, sondern auch zur Verbesserung der elektrischen Isolation zwischen diesen Teilen.
• Der so aufgebaute konventionelle Hochspannungstransformator 1 arbeitet wie folgt. Wie eine elektrische Schaltung in Fig. 3 zeigt, wird der Primärwicklung 3 von einer Batterie 10 zugeführter Strom von einem elektrischen Schaltelement 11 zu einem geeigneten Zeitpunkt unterbrochen, so daß eine Hochspannung an der Sekundärwicklung 4 erzeugt wird, um eine Zündkerze (nicht gezeigt) zu zünden.
• Bei dem oben beschriebenen konventionellen Hochspannungstransformator 1 hat der Eisenkern 6 die kreuzförmigen unteren und oberen Armteile 603 und 604, die jeweils aus einem Paket von kreuzförmigen ebenen Platten, die vertikal aufeinandergelegt sind, gebildet sind. Durch diese Konstruktion werden in den unteren und oberen Armteilen 603 und 604 in deren Mitte Wirbelstromverluste induziert. Außerdem werden solche Wirbelstromverluste auch in anderen Teilen des Eisenkerns 6 induziert, etwa an den Verbindungsstellen zwischen den inneren und äußeren Schenkelteilen 601 und 602 und den kreuzförmigen unteren und oberen Armteilen 603 und 604, wo diese Kernteile miteinander verbunden sind oder aneinander anliegen. Infolgedessen stellt sich das Problem, daß die an der Sekundärwicklung 4 bei Unterbrechung des der Primärwicklung 3 zugeführten Stroms ausgebildete Hochspannung verringert wird.
• Da außerdem der Eisenkern 6 aus dem ringförmigen inneren Schenkelteil 601, den ebenen äußeren Schenkelteilen 602 und den kreuzförmigen unteren und oberen Armteilen 603 und 604 zusammengesetzt ist, die sämtlich verschiedene Konfiguration haben, ist die Zahl der Einzelteile des Eisenkerns 6 relativ groß, und somit sind Herstellung und Montage der jeweiligen Einzelteile ineffizient und teuer.
• DE-A-3 423 524 zeigt einen anderen Typ von Zündspule mit einem Eisenkernabschnitt, der von einem Paar von ersten und zweiten Kernteilen gebildet ist, die die gleiche U-Kanalkonfiguration haben, wodurch die Produktivität des gesamten Eisenkerns verbessert wird.
• Die Erfindung soll die vorgenannten Probleme des bekannten Transformators gemäß dem Abstract von JP-A-61 231 708 beseitigen.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Hochspannungstransformators und eines Verfahren zu seiner Herstellung, wobei Wirbelstromverluste im Eisenkern im wesentlichen vermieden werden können, so daß sich an einer Sekundärwicklung eine viel höhere Spannung ausbildet.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Hochspannungstransformators, bei dem die jeweiligen Einzelteile eines Eisenkerns einfache und im wesentlichen gleichförmige Konfiguration haben, um dadurch die Produktivität oder Montagefähigkeit des gesamten Eisenkerns zu verbessern.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Hochspannungstransformators und eines Herstellungsverfahrens dafür, wobei die Zahl von Verbindungsstellen zwischen den Teilen des Eisenkerns erheblich verringert ist, um die Wärmeübertragung zwischen ihnen zu verbessern, wodurch die Wärmeabfuhr von den der Umgebungsluft ausgesetzten Oberflächen des Eisenkerns beschleunigt wird.
• Die oben angegebenen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der folgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine Draufsicht auf einen konventionellen Hochspannungstransformator wie etwa eine Zündspule für Brennkraftmaschinen;
• Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1;
• Fig. 3 ein Schaltbild, das eine elektrische Schaltung zeigt, an die der Transformator der Fig. 1 und 2 elektrisch angeschlossen ist;
• Fig. 4A eine schematische Darstellung eines Eisenkerns gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• Fig. 4B eine der Fig. 4A ähnliche Darstellung, die aber eine modifizierte Form des Eisenkerns zeigt; und
• Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Primärwicklungs-Unterbrechungsstrom und der Spannung der Sekundärwicklung zeigt.
• Die Erfindung wird nun nur unter Bezugnahme auf die Fig. 4A und 4B beschrieben, die jeweils eine schematische Darstellung eines Eisenkerns sind, wie er in Verbindung mit einem Hochspannungstransformator nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden soll, wobei der Eisenkern nach den Fig. 4A oder Fig. 4B den bekannten Eisenkern 6 ersetzen soll.
• Fig. 4A zeigt einen Eisenkernabschnitt 610' gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Eisenkernabschnitt 610' ein Paar von L- förmigen ersten und zweiten Kernelementen 611' und 612', die aus einer Vielzahl von L-förmigen flachen Eisenplatten 611A' bzw. 612A' zusammengesetzt sind. Das erste Kernelement 611' hat einen seitlich verlaufenden oberen Armteil 611a' und einen äußeren Schenkelteil 611b', der vom äußeren Ende des oberen Armteils 611a' nach unten verläuft. Das zweite Kernelement 612' hat einen seitlich verlaufenden unteren Armteil 612a' und einen äußeren Schenkelteil 612b', der vom inneren Ende des unteren Armteils 612a' nach oben verläuft. Der äußere Schenkelteil 611b' des ersten Kernelements 611' ist kürzer als der innere Schenkelteil 612a' des zweiten Kernelements 612', so daß nach der Montage des oberen und des unteren Kernelements 611' und 612' die obere Endfläche des inneren Schenkelteils 612a' an dem oberen Armteil 611a' anliegt, während die untere Endfläche des äußeren Schenkelteils 611b' von dem unteren Armteil 612b' beabstandet ist unter Bildung eines begrenzten Spalts 613 dazwischen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weicht die Konfiguration des ersten und des zweiten Kernelements 611' und 612' geringfügig voneinander ab. Ein Eisenkern, der aus den Eisenkernabschnitten 610' dieses Ausführungsbeispiels gebildet ist, erzielt sämtliche oben angegebenen Auswirkungen und Vorteile.
• Fig. 4B zeigt eine Modifikation des Eisenkernabschnitts 610'. Diese Modifikation ist im wesentlichen gleich dem Eisenkernabschnitt 610' von Fig. 4A, wobei nur die Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Kernelement 611' und 612' von Fig. 4A umgekehrt ist.
• Ein Hochspannungstransformator, der in Verbindung mit Eisenkernabschnitten gemäß Fig. 4A oder 4B aufgebaut war, wurde in bezug auf die Spannung der Sekundärwicklung gegenüber dem Unterbrechungsstrom der Primärwicklung geprüft. Zu diesem Zweck wurden die Primär- und die Sekundärwicklung 3 und 4 des Transformators in eine elektrische Schaltung in gleicher Weise wie in Fig. 3 eingeschaltet, und die an der Sekundärwicklung 4 sich ausbildende Spannung wurde gemessen, indem der Unterbrechungsstrom an der Primärwicklung 3 geändert wurde. Die erhaltenen Resultate sind in Fig. 5 gezeigt, wobei der Primärwicklungs-Unterbrechungsstrom auf der Abszisse und die Spannung der Sekundärwicklung auf der Ordinate aufgetragen sind. In Fig. 5 bezeichnet die Vollinie den Transformator gemäß der vorliegenden Erfindung, und die Strichlinie bezeichnet den konventionellen Transformator 1 nach den Fig. 1 und 2. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß der Transformator nach der Erfindung an der Sekundärwicklung 4 eine höhere Spannung als der konventionelle Transformator 1 liefert.
• Ein Hochspannungstransformator in Verbindung mit einem Eisenkern, wie er unter Bezugnahme auf die Fig. 4A und 4B beschrieben wurde, wird auf die in Anspruch 7 oder Anspruch 8 angegebene Weise hergestellt oder zusammengebaut.
• Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist zwar jedes der ersten und zweiten Kernelemente des Eisenkerns aus einer Vielzahl von aufeinandergeschichteten Eisenplatten gebildet, er kann aber auch integral aus einem Eisenrohling etwa durch Schmieden geformt sein. Auch sind bei den obigen Ausführungsbeispielen vier Eisenkernabschnitte um die zylindrische Buchse in kreuzförmiger Konfiguration herum angeordnet, aber die Zahl der erforderlichen Eisenkernabschnitte ist nicht darauf beschränkt, sondern es kann jede Anzahl Eisenkernabschnitte verwendet werden. Beispielsweise können zwei Eisenkernabschnitte um die Buchse diametral entgegengesetzt gerichtet angeordnet sein, oder es können drei Eisenkernabschnitte um die Buchse herum angeordnet und umfangsmäßig unter einem Winkel von 12ºC voneinander beabstandet sein. Ferner kann der untere Teil des Spulengehäuses offen sein, oder er kann geschlossen und mit geeigneten Durchgangsöffnungen versehen sein, um Eisenkernabschnitte aufzunehmen und eine Wärmeableitung daraus zu ermöglichen.

Claims (8)

1. Hochspannungstransformator, der aufweist: ein Spulengehäuse (2);

eine zylindrische Buchse (5> in dem Spulengehäuse (2);

eine Primärwicklung (3), die um die zylindrische Buchse (5) herum in dem Spulengehäuse (2) angeordnet ist;

eine Sekundärwicklung (4), die um die Primärwicklung (3) herum in dem Spulengehäuse (2) angeordnet ist;

einen Eisenkern (6), der eine Vielzahl von Eisenkernabschnitten (610') hat, die in dem Spulengehäuse (2) die Primär- und die Sekundärwicklung umgebend angeordnet sind, wobei jeder Eisenkernabschnitt (610') Kernelemente (611'; 612') aufweist, die mit den Enden aneinander anliegend zusammengesetzt sind, wobei aber an einer Stelle ein Luftspalt (613) verbleibt; und

ein in das Spulengehäuse (2) gefülltes Harz (7), um die Primärwicklung (3) und die Sekundärwicklung (4) gegenüber dem Eisenkern elektrisch zu isolieren und sie dauerhaft an dem Spulengehäuse (2) festzulegen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkernabschnitte (610') jeweils ein Paar von ersten (611') und zweiten (612') Kernelementen aufweisen, die nahezu die gleiche L-Konfiguration haben, wobei die ersten und zweiten Kernelemente (611'; 612') jeweils einen kürzeren Schenkelteil (611a', 612a') gleicher Länge und einen längeren Schenkelteil (611b'; 612b') geringfügig verschiedener Länge haben, so daß im zusammengefügten Zustand der Luftspalt resultiert.

2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, wobei jedes der ersten und zweiten Kernelemente (611'; 612') aus einer Vielzahl von flachen Eisenplatten gebildet ist, die nebeneinander geschichtet sind.

3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, wobei jedes der ersten und zweiten Kernelemente (611'; 612') aus einem einzigen Eisenrohling durch Schmieden integral geformt ist.

4. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, wobei Kernabschnitte (610') um die zylindrische Buchse (5) herum so angeordnet sind, daß sie bei Betrachtung im Querschnitt senkrecht zu der Längsachse der zylindrischen Buchse einen Kern mit kreuzförmiger Konfiguration bilden.

5. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, wobei Kernabschnitte (610') um die zylindrische Buchse (5) herum in diametral entgegengesetzten Richtungen um die Längsachse der zylindrischen Buchse angeordnet sind.

6. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, wobei Kernabschnitte (610') um die zylindrische Buchse (5) herum angeordnet sind, um Kerne zu bilden, die umfangsmäßig um einen Winkel von 120º voneinander beabstandet sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungstransformators nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:

Formen einer Vielzahl von ersten L-förmigen Kernelementen integral mit einem Spulengehäuse auf solche Weise, daß es in diesem Spulengehäuse jeweils vertikal angeordnet und einer seiner Schenkel integral mit dem Bodenteil des Spulengehäuses verbunden ist;

Anordnen einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung auf den ersten Kernelementen in dem Spulengehäuse, wobei die Sekundärwicklung um die Primärwicklung herum angeordnet ist;

Anordnen einer Vielzahl von zweiten L-förmigen Kernelementen auf den ersten L-förmigen Kernelementen auf solche Weise, daß die zweiten Kernelemente mit den ersten Kernelementen zusammenwirken, um Eisenkernabschnittte zu bilden, die jeweils die Primär- und die Sekundärwicklung umgeben; und

Einfüllen eines Harzes in das Spulengehäuse, so daß das Harz zwischen die Primär- und Sekundärwicklung und die Eisenkernelemente eindringt und erstarrt, um die Primär- und die Sekundärwicklung gegenüber dem Eisenkern elektrisch zu isolieren sowie sie an dem Spulengehäuse festzulegen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungstransformators nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:

Anbringen einer Sekundärwicklung um eine Primärwicklung herum;

Zusammensetzen einer Vielzahl von ersten und zweiten L- förmigen Kernelementen auf der Primär- bzw. der Sekundärwicklung von der Innen- bzw. der Außenseite der Wicklungen, um Eisenkernabschnitte zu bilden, die jeweils die Primär- und die Sekundärwicklung umgeben;

Anordnen der so zusammengesetzten Primär- und Sekundärwicklungen und der Eisenkernabschnitte in dem Spulengehäuse; und

Einfüllen eines Harzes in das Spulengehäuse, so daß das Harz zwischen die Primär- und Sekundärwicklung und den Eisenkern eindringt und erstarrt, um die Primär- und die Sekundärwicklung gegenüber dem Eisenkern elektrisch zu isolieren sowie sie an dem Spulengehäuse festzulegen.