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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung
von Stabzündspulen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Neuere
Entwicklungen bei Zündanlagen
hatten die Einführung
von Stabzündspulen
zur Folge. In der gegenwärtigen
Praxis wird jede Stabzündspule einzeln
auf einen Zylinderkopf aufmontiert. Es wäre jedoch von Vorteil, wenn
man ein einfaches Verfahren zum Einbau dieser Stabzündspulen
in eine Stabzündspuleneinheit
fände,
um ihre Montage auf den Zylinderköpfen zu vereinfachen.
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Bei
den heutigen Prototypen umfasst eine Stabzündspuleneinheit eine als stabiler
Halt wirkende Stahlhalterung, an der die vier Stabzündspulen (eine
pro Zylinder) mit Schrauben befestigt werden, wobei eine große Dichtung
zwischen Spulen und Halterung vorgesehen ist. Eine Leiterplatte
verbindet die vier Stabzündspulen
mit einem Primärverbinder,
der an einem Ende der Leiterplatte befestigt ist. Diese Baueinheit
wird zum Schutz normalerweise in einem Kunststoffgehäuse positioniert,
das mit zwei Schrauben an der Halterung befestigt wird. Für eine solche Stabzündspuleneinheit
ist ein kompliziertes Montageverfahren erforderlich, was zu hohen
Herstellungskosten führt
und das Risiko von Fertigungsfehlern in sich birgt. Es besteht demzufolge
starker Bedarf nach einem einfacheren Verfahren zur Herstellung
von Stabzündspulen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und
effizientes Verfahren zur Herstellung von Stabzündspulen bereitzustellen. Dieses
Ziel wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung von Stabzündspulen
umfasst folgende Schritte:
- (a) Bereitstellen
eines Leiterrahmens, der Leiterbahnen für die elektrische Verbindung
der Stabzündspulen
umfasst;
- (b) Umspritzen des Leiterrahmens mit einem Polymer, um so ein
Gehäuse
für die
Leiterbahnen auszubilden, wobei zugängliche Leiterbahnanschlüsse zum
Anschließen
der Spulenanschlüsse der
Stabzündspulen
erhalten bleiben; und
- (c) Befestigen der Stabzündspulen
am Gehäuse und
elektrisches Verbinden der Spulenanschlüsse mit den zugänglichen
Leiterbahnanschlüssen.
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Der
große
Vorteil des Verfahrens der Erfindung ist dessen Einfachheit. Die
Stabzündspulen werden
in wenigen Schritten in eine Stabzündspuleneinheit eingebaut.
Bei herkömmlichen
Stabzündspuleneinheiten
werden die Spulen von einer Halterung getragen und über eine
Leiterplatte elektrisch angeschlossen. Im vorliegenden Verfahren
stellt die Verwendung eines umspritzten Leiterrahmens den Stromkreis
zum Anschließen
der Stabzündspulen
sowie deren Halterung bereit. Darüber hinaus schützt und
isoliert das Gehäuse
die Leiterbahnen. Die Stabzündspulen
lassen sich durch thermisches Schweißen oder Ultraschallschweißen am Gehäuse befestigen.
Ein Kunststoffteil des Stabzündspulenkörpers kann
beispielsweise am Gehäuse
angelötet
werden. Das elektrische Verbinden der Spulenanschlüsse mit den
zugänglichen
Leiterbahnanschlüssen
kann durch Schweißen
oder Löten
durchgeführt
werden. Diese elek trische Verbindung muss aber nicht unbedingt gelötet werden,
da die Spulen am Gehäuse
befestigt werden. Die Spulenanschlüsse können sogar als Buchsenanschlüsse ausgebildet
werden, um steckerartige zugängliche
Leiterbahnanschlüsse
aufzunehmen.
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Das
Gehäuse
kann erste Befestigungsmittel umfassen, während jede Stabzündspule
zweite Befestigungsmittel umfassen kann, die mit den ersten Befestigungsmitteln
zusammenwirken können,
um die Stabzündspulen
am Gehäuse
zu befestigen. Die ersten und zweiten Befestigungsmittel können beispielsweise
zumindest teilweise zusammengelötet oder
zusammengeschweißt
werden. Man kann auch eines der Befestigungsmittel verformen. Die
ersten und zweiten Befestigungsmittel können vorteilhafterweise jedoch
so ausgelegt werden, dass sie eine Schnappverschluss-Verbindung
ergeben, wodurch ein sehr einfaches und schnelles Befestigen der
Spulen am Gehäuse
ermöglicht
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführung
umfassen die ersten Befestigungsmittel mindestens einen Schlitz
pro Stabzündspule
und die zweiten Befestigungsmittel jeder Stabzündspule mindestens einen Zapfen,
der in einem entsprechenden Schlitz der ersten Befestigungsmittel
aufgenommen werden kann. Wie bereits beschrieben, kann man die Spulen
am Gehäuse
befestigen, indem man die Zapfen an das Gehäuse anschweißt, sobald
diese in die Schlitze eingesetzt sind. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die in den Schlitz eingesetzten Zapfen zu erhitzen,
um sie zu verformen. Alternativ können die Zapfen und Schlitze
aber auch so ausgelegt werden, dass sie eine Schnappverschluss-Verbindung ergeben.
Dies lässt
sich dadurch erreichen, dass eine Nase am Ende jedes Zapfens vorgesehen
wird. Es ist ferner anzumerken, dass die Lage der Schlitze im Gehäuse dazu
verwendet werden kann, eine Ausrichtung oder Positionierung der
Stabzündspulen
zu definieren. Folglich lassen sich Fehlanschlüsse vermeiden, da die Stabzündspulen
nur auf eine Weise am Gehäuse
angebaut werden können.
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Vorteilhafterweise
werden Öffnungen
im Gehäuse
vorgesehen, wobei jede Öffnung
ein Ende einer Zündspule
aufnehmen kann. Solche Öffnungen können dazu
genutzt werden, die Zündspulen
während
ihres Einbaus zu führen
und zu positionieren. Eine solche Öffnung muss insbesondere das
Spulenende aufnehmen, das die Spulenanschlüsse aufweist. Diese Öffnungen
werden vorzugsweise bei Schritt (b) angeordnet und als Buchsen ausgebildet. Solche
Buchsen können
nach dem Einbau den festen Halt der Zündspulen sicherstellen.
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Der
Leiterrahmen wird vorzugsweise aus einem Metallblech ausgestanzt.
Daher werden die Leiterbahnen des Leiterrahmens nach dem Ausstanzen normalerweise
durch Zwischenstücke
zusammengehalten. Diese Zwischenstücke werden vorzugsweise vor,
bei oder nach Schritt (b) zerschnitten, um die Leiterbahnen zu individualisieren.
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Leiterbahnenden
und Zwischenstücke
können
zumindest teilweise gebogen werden, um zugängliche Leiterbahnanschlüsse zu bilden.
Dies wird vorzugsweise nach dem Zerschneiden durchgeführt, zumindest
bei den Zwischenstücken.
Die zugänglichen
Leiterbahnanschlüsse
stehen vorzugsweise senkrecht zu den Leiterbahnen, um so eine große Kontaktfläche zu den
Spulenanschlüssen
bereitzustellen.
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Ein
Ende des Leiterrahmens wird vorzugsweise als Primärverbinder
ausgebildet. Mit anderen Worten: die Leiterbahnen an diesem Ende
des Leiterrahmens werden als Anschlüsse eines herkömmlichen
Verbinders geformt und beabstandet. Bei Schritt (b) kann man dann
ein Steckergehäuse
rings um den Primärverbinder
ausbilden, um eine einfache, wasserdichte Verbindung der Zündspuleneinheit mit
einem Verbinder der Zündanlage
zu gewährleisten.
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Vorteilhafterweise
werden vor Schritt (b) Montagebuchsen am Leiterrahmen – vorzugsweise an
dessen Masse-Leiterbahnen – befestigt,
die anschließend
mit dem Leiterrahmen umspritzt werden. Daraus folgt, dass die Zündspuleneinheit
direkt an einem Zylinderkopf befestigt werden kann. Darüber hinaus
sorgen die Montagebuchsen für
die Erdung des Stromkreises der Zündspuleneinheit.
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Ein
RFI-Kondensator kann vor Schritt (b) am Leiterrahmen befestigt und
mit diesem umspritzt werden.
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Die
Spulen- und Leiterbahnanschlüsse
sowie die Verbinderzapfen werden vorzugsweise in einem aushärtbaren
Harz eingebettet. Demzufolge werden die elektrischen Verbindungen
geschützt
und die Zündspulen
in ihren Buchsen eingeschlossen.
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Das
Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung
von Stabzündspulen.
Man erhält
mit einigen einfachen Schritten eine am Verbrennungsmotor montierbare
Stabzündspuleneinheit,
die den gegenwärtigen
Anforderungen für
Zündanlagen
gerecht wird: Verwendung von Stabzündspulen, integrierter RFI-Kondensator,
gute Abdichtung der elektrischen Verbindungen. Darüber hinaus ist
das Herstellungsverfahren sehr einfach, insbesondere wegen der geringeren
Anzahl an Elementen. Daraus resultieren niedrigere Kosten und Gewichte und
eine bessere Leistung der Stabzündspuleneinheiten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine Darstellung einer Stabzündspuleneinheit,
die gemäß einer
bevorzugten Ausführung des
Verfahrens der Erfindung hergestellt wurde;
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2:
eine Draufsicht der in 1 dargestellten Einheit;
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3:
eine Teilansicht der in 1 dargestellten Einheit ohne
Gehäuse;
und
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4:
das Gehäuse
vor dem Einsetzen der Stabzündspulen.
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Detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
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Zum
schnellen und einfachen Einbau von Zündspulen in eine Stabzündspuleneinheit
schlägt die
vorliegende Erfindung die Verwendung eines umspritzten Leiterrahmens
vor, d.h. eine Struktur, die den Stromkreis für das Anschließen der
Stabzündspulen
enthält
und diese halten kann. Eine Stabzündspuleneinheit 10,
die in 1 dargestellt ist, umfasst vier Stabzündspulen 12.
Diese Einheit 10 wurde gemäß einer bevorzugten Ausführung des
Verfahrens der Erfindung hergestellt, das nun detailliert beschrieben
wird.
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In
einem ersten Verfahrensschritt (a) wird ein Leiterrahmen 14 (in 3 teilweise
dargestellt) aus einem Metallblech ausgestanzt. Nach Verlassen der Stanzmaschine
besteht der Leiterrahmen 14 aus Leiterbahnen 16,
die durch Zwischenstücke 17 zusammengehalten
werden. Die Leiterbahnen 16 ergeben den Stromkreis, der
für das
Anschließen
der Stabzündspulen 12 an
die Zündanlage
(nicht dargestellt) erforderlich ist. Die Zwischenstücke 17 sind
Metallstreifen, die vom Metallblech übrig bleiben, um die Leiterbahnen 16 zu
halten. Der Leiterrahmen 14 wird an einem seiner Enden
als Primärverbinder
zum Anschließen
an die Zündanlage
ausgebildet (dieses Ende des Leiterrahmens 14 ist nicht
dargestellt). Das bedeutet, dass die Leiterbahnen 16 an
diesem Ende des Leiterrahmens 14 als Anschlüsse eines
herkömmlichen
Verbinders geformt und beabstandet werden.
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Vorteilhafterweise
werden anschließend zwei
Montagebuchsen 18 am Leiterrahmen 14 befestigt,
die später
das Einführen
von Schrauben durch die Zündspuleneinheit 10 ermöglichen,
damit diese am Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors montiert werden
kann. Es ist anzumerken, dass man zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens
einen optionalen RFI-Kondensator (nicht dargestellt) an den Leiterrahmen 14 anschließen kann.
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Im
nächsten
Schritt (b) wird der Leiterrahmen 14 mit einem Polymer
umspritzt, um so ein Gehäuse 20 für die Leiterbahnen 16 auszubilden.
Das Teil, das von der Spritzgießmaschine
ausgegeben wird, ist in 4 dargestellt. Es besteht aus
einem Kunststoffgehäuse
(Gehäuse 20)
mit einem inneren Stromkreis (Leiterbahnen 16).
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Der
Schritt (b) umfasst vorzugsweise mehrere Unterschritte. Zuerst wird
der Leiterrahmen 14 in einem Formwerkzeug positioniert.
Dann werden die Zwischenstücke 17 zerschnitten,
um die Leiterbahnen 16 zu individualisieren und dadurch
den Stromkreis auszubilden. Das Formwerkzeug wird so ausgelegt,
dass die Leiterbahnen 16 in Position gehalten werden können, nachdem
sie individualisiert wurden (d.h. nach dem Zerschneiden der Zwischenstücke 17)
und bis das Polymer eingespritzt wird. Es ist auch anzumerken, dass
man die Positionen der Zwischenstücke 17 im Leiterrahmen 14 vorteilhafterweise
so definieren kann, dass einige davon nach dem Zerschneiden als
Leiterbahnanschlüsse 22 dienen
können.
Nach dem Zerschneiden der Zwischenstücke werden alle Teile des Stromkreises,
die als Leiterbahnanschlüsse 22 dienen
sollen, zu einem 90°-Winkel
bezogen auf den Rest der Leiterbahnen 16 gebogen. Dies
ist in 3 ersichtlich, wo die Zündspuleneinheit 10 von 1 ohne
ihr Gehäuse 20 dargestellt ist.
Die als Leiterbahnanschlüsse
verwendeten Teile des Stromkreises sind vorzugsweise die Leiterbahnenden 24 oder
die Zwischenstücke 17.
Es ist anzumerken, dass das Zerschneiden und Biegen auch nach dem
Umspritzen stattfinden könnte.
In 3 sind die Stabzündspulen 12 an die
Leiterbahnanschlüsse 22 angeschlossen,
was in diesem Verfahrensschritt noch nicht der Fall ist. Diese Figur
zeigt aber den Vorteil der gebogenen Leiterbahnanschlüsse 22:
eine größere Kontaktfläche zwischen
den Spulenanschlüssen 26 und
den Leiterbahnanschlüssen 22.
Es ist auch dargestellt, wie die Montagebuchsen 18 am Leiterrahmen 14 angebracht
sind und dass man mit ihnen den Stromkreis nach Befestigung am Verbrennungsmotor
erden kann. Schließlich
wird ein Polymer in das Formwerkzeug eingespritzt, und die Leiterbahnen 16 werden
zusammen mit dem RFI-Kondensator und den Montagebuchsen 18 mit dem
Polymer umspritzt. Es ist klar, dass die Leiterbahnanschlüsse 22 zugänglich sein
müssen,
damit sie mit den Spulenanschlüssen 26 verbunden
werden können.
Demnach wird das Formwerkzeug vorzugsweise so ausgelegt, dass das
Gehäuse Öffnungen 28 umfasst,
in denen die Leiterbahnanschlüsse 22 vorstehen
und dadurch zugänglich
sind. In 2, die eine Draufsicht der Zündspuleneinheit 10 von 1 zeigt,
ist eine solche Öffnung 28 dargestellt
(in den Figuren ist nur eine Öffnung 28 pro
Gehäuse 20 abgebildet).
Das Formwerkzeug wird vorzugsweise so ausgelegt, dass das Gehäuse 20 buchsenförmige Öffnungen 28 erhält, die
zum Positionieren, Führen und
Verbinden der Stabzündspulen 12 dienen.
Die Buchsen sind durch das Bezugszeichen 30 gekennzeichnet
und leicht in 4 erkennbar.
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Wie
bereits gesagt, wird ein Ende des Leiterrahmens 14 als
Primärverbinder
ausgebildet. Deshalb wird beim Umspritzen in Schritt (b) ein Steckergehäuse 31 (siehe 4)
rings um diesen Primärverbinder
ausgebildet, um eine einfache, wasserdichte Verbindung der Zündspuleneinheit 10 mit
einem Primärverbinder
der Zündanlage
zu ermöglichen.
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Nach
Herstellung des Gehäuses 20 wird
eine Stabzündspule 12 in
jede Buchse 30 eingeführt,
um so die Spulenanschlüsse 26 in
Kontakt mit den Leiterbahnanschlüssen 22 zu
bringen. Es ist anzumerken, dass die Stabzündspulen 12 vorteilhafterweise mit
zwei Ausrichtungszapfen 32 (siehe 4 und 1)
versehen werden, die in zwei Schlitze 34 des Gehäuses 20 passen.
Diese Zapfen 32 und Schlitze 34 können sich
in Größe, Form
oder Position so unterscheiden, dass das Einsetzen der Stabzündspulen 12 in
die Buchsen 30 nur auf eine Weise möglich ist, wodurch Fehlanschlüsse der
Spulen 12 vermieden werden.
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Im
nächsten
Schritt (c) werden die Stabzündspulen 12 zuerst
am Gehäuse 20 befestigt,
beispielsweise durch Anschweißen
der Zapfen 32 an das Gehäuse 20. Hier sind
sowohl thermisches Schweißen als
auch Ultraschallschweißen
geeignete Verfahren. Dann werden die Spulenanschlüsse 26 fest an
den Leiterbahnanschlüssen 22 angebracht,
um eine gute elektrische Verbindung sicherzustellen. Diese Verbindung
ist in 3 dargestellt und kann durch Löten oder Schweißen und
vorzugsweise durch Punktschweißen
hergestellt werden.
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Danach
wird ein aushärtbares
Harz in jede Öffnung 28 gegossen,
um die Öffnungen
abzudichten und die Leiterbahnanschlüsse 22 und Spulenanschlüsse 26 zwecks
deren Isolierung im Harz einzubetten. Dadurch sind die Verbindungen
vor der Umgebung geschützt
und die Stabzündspulen 12 fest
in ihren Buchsen 30 eingeschlossen.
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Es
versteht sich, dass die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte
und in 1 dargestellte Zündspuleneinheit 10 einsatzbereit
ist. Sie lässt
sich leicht auf einem Zylinderkopf befestigen, indem man zwei Schrauben
durch die Montagebuchsen 18 führt und im Zylinderkopf festdreht.
Die Zündspuleneinheit 10 ist
abgedichtet und verfügt über einen
integrierten RFI-Kondensator,
Montagebuchsen, Stabzündspulen
und einen Primärverbinder.