DE4032131A1

DE4032131A1 - Hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE4032131A1
Application number: DE4032131A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Vogel; Werner Dipl Ing Dr Herden; Johann Dr Konrad
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1990-10-10
Publication date: 1992-04-16
Also published as: WO1992007188A1; EP0552169A1; US5369283A; KR930702613A; JPH06502003A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Hochspannungsschalter nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist aus der EP 03 77 619 bereits ein Hochspannungsschalter bekannt, der die Funktion eines Zündspannungs verteilers bei ruhender Hochspannungsverteilung übernimmt. Dieser Hochspannungsschalter besteht aus Halbleiterelementen, die licht empfindliche Zonen aufweisen. Die lichtempfindlichen Zonen können von lichtemittierenden Elementen so angesteuert werden, daß sie zu einem vorgegebenen Zeitpunkt z. B. der Zündfolge entsprechend durch schalten. Bei den bekannten Anordnungen sind Lichtleiter oder Leuchtdioden den lichtempfindlichen Zonen des Hochspannungsschalters gegenüber angeordnet. Nachteilig ist hierbei, daß ein Teil der Lichtenergie an die Umgebung verlorengeht, wodurch die Funktions sicherheit des Hochspannungsschalters beeinträchtigt wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hautpanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Lichtenergie durch eine lichtbündelnde Ausbildung des Übergangs zwischen licht emittierenden Element und lichtempfindliche Zone des Hochspannungs schalters verlustarm weitergegeben und die Funktionssicherheit ver bessert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Hochspannungsschalters möglich.

Besonders vorteilhaft ist es zwischen dem lichtemittierenden Element und den lichtempfindlichen Zonen des Hochspannungsschalters ein Bauelement mit Linsenwirkung zur Bündelung der Lichts anzubringen. Weiterhin kann in die Fokussierung der Lichtenergie bereits die Ver glasung des Hochspannungsschalter sowie eine entsprechende Aus bildung des lichtemittierenden Elementes zur Lichtbündelung einbe zogen werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, den Hochspannungs schalter in einer Reflektorwanne einzubringen oder die Lichtenergie mittels verspiegelten Lichtleitstücken an den Hochspannungsschalter weiterzuleiten. Letztendlich sei noch erwähnt, daß bei einer dünnen durchsichtigen Isolierschicht am Hochspannungsschalter der Licht leiter längs diesem Hochspannungsschalter angeordnet werden kann und an den lichtempfindlichen Bereichen speziell mit Kerben oder Noppen ausgebildet ist. Als zusätzlicher Vorteil sei noch darauf hinge wiesen, daß es auch ausreichend ist, nur einen Teil des Hoch spannungsschalters mit Licht zu bestrahlen, dadurch wird nur ein Teil der Dioden durchgeschaltet und die restlichen werden beim Er reichen einer bestimmten Spannung durchgeschalten, so daß ein Auf steilerungseffekt erhalten bleibt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Zündschaltung mit Hochspannungsschalter, Fig. 2a im Querschnitt und Fig. 2b in Vorderansicht die Übergangsstelle Licht leiter-Hochspannungsschalter mit zusätzlicher Linse, Fig. 3 einen Querschnitt durch den Hochspannungsschalter mit Einbeziehung der Verglasung in die Fokussierung des Lichts, Fig. 4 Querschnitt eines Hochspannungsschalters in einer Reflektorwanne, Fig. 5 mit Laser behandelte Verglasung, Fig. 6 vorteilhafte Ausbildungen eines Lichtleiters bei dünner Isolationsschicht im Längs- beziehungsweise Querschnitt a) mit Kerben, b) mit Noppen und c) mit Abflachung und Fig. 7 zeigt eine Ausführung mit einem Lichtleitstück.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur Verteilung der Zünd spannung angegeben. Eine Batteriespannung UB liegt an einer Primär wicklung 1 einer Zündspule 2, wobei ein Schalttransistor 3 zwischen geschaltet ist. Der Schalttransistor 3 wird von einer Steuerung über seinen Basisanschluß zur Erzeugung einer sekundärseitigen Hoch spannung an der Zündspule kontinuierlich betätigt. Eine Sekundär wicklung 5 der Zündspule 2 liegt einerseits an Masse und ist andererseits jeweils über einen Hochspannungsschalter 6 bis 9 mit den Zündkerzen 10 bis 13 verbunden. Die Hochspannungsschalter 6 bis 9 werden als Kippdioden in Kaskadenschaltung, wobei eine Kaskade aus 30 bis 50 Chips besteht, so daß ca. 40 KV Sperrspannung gewähr leistet sind, an ihren lichtempfindlichen Bereichen von je einer lichtemittierenden Quelle 14 bis 17 (z. B. Leuchtdioden) ent sprechend der Zündfolge angesteuert und geben so die Zündspannung an die Zündkerzen weiter.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen Möglichkeiten den Übergang vom licht emittierenden Element zur lichtempfindlichen Zone des Hochspannungs schalter lichtzündelnd auszugestalten, um zu gewährleisten, daß möglichst wenig Lichtenergie verlorengeht.

In Fig. 2a ist der Querschnitt eines Hochspannungsschalters 18, eines Glasstabes 19 und eines Lichtleiters 20 zu sehen. Der Glasstab 19 hat durch die unterschiedlichen Brechungsindexe von Luft und Glas und durch seinen runden Querschnitt eine linsenförmige Wirkung und bündelt die Lichtstrahlen der LED 14 in der Art, daß möglichst viel Energie auf den Hochspannungsschalter 18 auftrifft. Fig. 2b zeigt dieselbe Ausführung in der Vorderansicht.

Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch den Hochspannungs schalter 18 und den zugehörigen Lichtleiter 20, allerdings ist hier kein Glasstab zur Lichtbündelung eingesetzt, sondern die dicke Ver glasung 21 wird zur Fokussierung der Lichtenergie genutzt. Gleich zeitig wird der mehreckige Hochspannungsschalter 18 so angeordnet, daß eine möglichst große Umfangsfläche des Hochspannungsschalters mit Lichtenergie bestrahlt wird.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt des Hochspannungsschalters mit zuge hörigen Lichtleiter 20, wobei der Hochspannungsschalter 18 in einer Reflektorwanne 22 angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine hohe Effektivtät der Weiterleitung der Lichtenergie an die lichtempfindlichen Zonen des Hochspannungsschalters 18, da durch die Reflexion keine Lichtenergie verlorengeht.

Fig. 5 zeigt einen Hochspannungsschalter 18 mit einer dicken Ver glasung 21, wobei die Oberfläche der Verglasung mit Laser so be handelt wurde, daß kleine Erhebungen 23, die eine Linsenwirkung haben, entstehen.

In Fig. 6a bis c ist gezeigt, daß bei einer dünnen durchsichtigen Isolationsschicht 24 am Hochspannungsschalter 18 auch der Licht leiter 20 für einen möglichst verlustarmen Übergang der Lichtenergie entsprechend ausgebildet werden kann. Der Lichtleiter 20 wird hier bei in allen Fällen längs an den Hochspannungsschalter angeordnet und ist an seinem Ende 25 verspiegelt, d. h. es kann keine Licht energie am Ende des Lichtleiters 20 austreten.

Fig. 6a zeigt einen Lichtleiter, der Kerben 26 aufweist, wobei die Kerben nur einen Teil des Hochspannungsschalter 8 abdecken und in dem Abstand angeordnet sind, der dem Abstand der lichtempfindlichen Zonen auf dem Hochspannungsschalter entspricht. Fig. 6b zeigt einen Lichtleiter mit ausgebildeten Noppen 27, wobei auch hier der Abstand der Noppen 27 im Abstand der lichtempfindlichen Zonen entspricht. Zusätzlich ist es möglich, den Hochspannungsschalter 18 an seinen lichtempfindlichen Zonen, das heißt den pn-Übergängen, so auszuge stalten beispielsweise durch Einkerbungen, daß der Lichtschalter 20 und der Hochspannungsschalter möglichst ohne Zwischenraum einander zugeordnet werden können. Letztlich sei noch die in Fig. 6c darge stellte mögliche Abflachung des Lichtleiters 20 an der Seite des Hochspannungsschalters 18 erwähnt, mit der er am Hochspannungs schalter 18 anliegt.

Alle in Fig. 2 bis Fig. 6 beschriebenen und gezeigten Übergänge vom lichtemittierenden Element zur lichtempfindlichen Zone am Hoch spannungsschalter dienen dazu, die Lichtenergie mit möglichst wenig Verlusten an den Hochspannungsschalter weiter zu geben.

Eine weitere Möglichkeit zur Weiterleitung der Lichtenergie an die lichtempfindlichen Zonen des Hochspannungsschalters ist die Ver wendung eines Lichtleitstücks 28 gemäß Fig. 7. Dieses Lichtleit stück hat auf einer Seite einen runden Querschnitt, um das licht emittierende Element beziehungsweise das Ende eines Lichtleiters 20 aufzunehmen und ist auf der anderen Seite der Form des Hoch spannungsschalters angepaßt, beispielsweise durch eine rechteckige oder linienförmige Austrittsfläche. Zusätzlich kann die Mantelfläche dieses Lichtleitstücks 28 weiß oder verspiegelt ausgebildet sein, so daß durch Reflexion an der Manteloberfläche eine fast vollständige Weiterleitung der Lichtenergie an die lichtempfindlichen Zonen gewährleistet ist.

Letztlich sein noch darauf hingewiesen, daß ein Lichtleiter 20 gemäß Fig. 8 aus vielen einzelnen Lichtleitfasern 30 so aufgefächert werden kann, daß je eine Lichtleitfaser einer lichtempfindlichen Zone des Hochspannungsschalters 18 zugeordnet werden kann, das heißt, der ursprünglich runde Querschnitt des Lichtleiters 20 wird linienförmig beziehungsweise reckteckig gestreckt.

Diese Lichtleitfasern 30 können gemäß Fig. 8 jeweils in eine Ein kerbung 29 an den lichtempfindlichen Zonen des Hochspannungsschaltes geführt werden, so daß ein möglichst günstiger Übergang vom Ende einer Lichtleitfaser 30 an einem pn-Übergang entsteht.

Claims

1. Hochspannungsschalter, insbesondere als Zündspannungsverteiler für die Zündspannung einer Brennkraftmaschine bestehend aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Halbleiterelementen, insbesondere Kippdioden in Kaskadenschaltung mit einem lichtdurchlässigen lsolator überzogen, die bei einer vorwählbaren oder vorgegebenen Spannung schlagartig in den leitenden Zustand übergehen, in der Art, daß bei Bestrahlung der lichtempfindlichen Zonen der Halberleiter elemente durch ein lichtemittierendes Element der Hochspannungs schalter die Hochspannung durchschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des lichtemittierenden Elementes (14 bis 17; 20) durch eine lichtbündelnde Ausbildung des Übergangs vom lichtemittierenden Element (14 bis 17; 20) zur lichtempfindlichen Zone des Hoch spannungsschalters (6 bis 9) die Lichtenergie verlustarm an die lichtempfindlichen Zonen des Hochspannungsschalters (6 bis 9) weitergegeben wird.

2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem lichtemittierenden Element (20) und dem Hoch spannungsschalter (18) mindestens ein Bauelement (19) mit Linsen wirkung zur Bündelung des Lichts angebracht ist.

3. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine dicke runde Verglasung (21) des Hochspannungs schalters (18) eine Fokussierung der Lichtenergie erfolgt und zu sätzlich der im Querschnitt mehreckige Hochspannungsschalter (18) zum lichtemittierenden Element (20) derart senkrecht angeordnet ist, daß durch die Lichtbrechung an der Verglasung (21) eine möglichst große Umfangsfläche des Hochspannungsschalters (18) mit Lichtenergie bestrahlt wird.

4. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsschalter (18) in einer Reflektorwanne (22) an gebracht ist.

5. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein durchsichtiger Isolator mittels Laser derart behandelt ist, daß in der Verglasung kleine Erhebungen (22) mit Linsenwirkung ent stehen.

6. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine punktuelle Bestrahlung der lichtempfindlichen Zonen der Hochspannungsschalter (18) mit einer dünnen durchsichtigen Isolier schicht (24) überzogen ist.

7. Hochspannungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dsß an seinen lichtempfindlichen Bereichen längs seines Hoch spannungsanschlusses ein Lichtleiter (20) angeordnet ist, wobei der Lichtleiter (20) an seinem Ende (25) verspiegelt ist und in Höhe der lichtempfindlichen Bereiche des Hochspannungsschalters mit Kerben (26) oder Noppen (27) ausgebildet ist.

8. Hochspannungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an seinen lichtempfindlichen Bereichen ein Lichtleiter längs seines Hochspannungsanschlusses ein Lichtleiter (20) angeordnet und an seiner am Hochspannungsschalter (18) anliegenden Seite abgeflacht ist.

9. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem lichtemittierenden Element (20) und dem Hoch spannungsschalter (18) ein Lichtleitstück (28) mit einer vorzugs weise weißen oder verspiegelten Mantelfläche angebracht ist.

10. Hochspannungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Licht in den Lichtleitstücken (28) durch Totalreflexion an den Mantelflächen ausbreitet.

11. Hochspannungschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitstück (28) aus vielen einzelnen Lichtleitfasern gebildet wird.

12. Hochspannungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitstück (28) am Eingang eine kreisförmigen und am Ausgang einen rechteckigen oder linienförmigen Querschnitt aufweist.

13. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine linsenförmig ausgebildete Austrittsfläche am licht emittierenden Element (20) eine Lichtbündelung erfolgt.

14. Hochspannungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der lichtempfindlichen Zonen des Hochspannunsschalters (18) beleuchtet wird und die rest lichen Kippdioden bei Erreichen der so herabgesetzten Durchbruch spannung durchschalten.

15. Hochspannungsschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Zonen des Hoch spannungsschalters mit Einkerbungen (29) versehen sind.

16. Hochspannungsschalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Einkerbung an der lichtempfindlichen Zone des Hoch spannungsschalters (18) eine Lichtleitfaser (30) des Lichtleiters geführt ist.