-
Die Erfindung betrifft Zündspulen, und insbesondere
Zündspulen, bei denen der Magnetkreis der Zündspule aus
magnetischen Teilen zusammengesetzt ist, welche aus pulverisierten
Eisenpartikeln bestehen, die mit einem elektrisch
isolierenden Material beschichtet sind, das einen Binder für die
Eisenpartikel bildet und gleichzeitig die Eisenpartikel zur
Bildung isolierender Spalte zwischen den Eisenpartikeln
elektrisch gegeneinander isoliert.
-
Zündspulen benutzen häufig laminiertes Stahlmaterial als
Magnetkreis für die Primär- und Sekundärwicklungen. Ein
Beispiel dafür ist in der EP-A1-104 792 beschrieben, die US-PS
4 480 377 entspricht. Es bestehen Nachteile bei der
Benutzung von Stahl-Laminierungsstapeln. So ergibt die Verwendung
von Stahllaminierungen Beschränkungen der Größe und Form bei
der Paketierung der Auslegung. Weiter sind
Einbettungsmaterialien für Zündspulen nicht mit elektrischem Stahlblech
kompatibel. Wenn so Beschichtungs- oder Vergußmaterial bei
laminierten Stapeln angewendet wird, werden an den scharfen
Kanten der Stahlbleche Spannungsrisse erzeugt. Ein anderes
bei laminierten Stapeln auftretendes Problem ist, daß der
Magnetkreis Luftspalte braucht, die bei der Herstellung der
Zündspule genau eingestellt werden müssen. Diese Einstellung
der Luftspalte wird in dem oben angeführten US-Patent
erklärt.
-
Eine erfindungsgemäße Zündspule umfaßt Kernmittel, das sich
axial erstreckt und aus Magnetmaterial gebildet ist; eine um
das Kernmittel angeordnete Primärwicklung; eine um die
Primärwicklung angeordnete Sekundärwicklung; aus Eisenpartikeln
in einem Binder aus elektrisch isolierendem Material
gebildete Endwandabschnitte, bei denen das elektrische
Isoliermaterial zwischen den Eisenpartikeln so verteilt ist, daß eine
Vielzahl von Spalten zwischen den Eisenpartikeln gebildet
wird, die wie Luftspalte wirken, wobei die Endwandabschnitte
axial Abstand voneinander haben und durch das Kernmittel
verbunden sind; und sich axial erstreckendes, aus
Magnetmaterial gebildetes Mittel, das außerhalb der Sekundärwicklung
angeordnet ist und magnetisch die Endwandabschnitte
verbindet, wobei das axial erstreckende Material sich nur
teilweise in Umfangsrichtung um die Sekundärwicklung erstreckt.
-
Es ist dementsprechend Ziel dieser Erfindung, eine Zündspule
zu schaffen, bei der Teile des Magnetkreises der Zündspule
aus Eisenpartikeln gebildet sind, die voneinander durch
elektrisch isolierendes Material isoliert sind, und bei denen
das elektrisch isolierende Material die Eisenpartikel
zusammenbindet. Die erfindungsgemäße Zündspule wird in den
Ansprüchen 1 bis 7 dargestellt.
-
Die Verwendung von Teilen, die aus einem Eisenpartikel und
elektrische Isolierung umfassenden Material gebildet sind,
beseitigt die bei Stahllaminierung auftretenden Auslegungs-
und Herstellprobleme. So sind die Magnetteile mit dem
Einbettungsmaterial kompatibel. Weiter kann das Eisenpartikel und
elektrische Isolierung umfassende zusammengesetzte Material
in unterschiedliche Gestalten geformt werden. Zusätzlich
brauchen bei Verwendung des zusammengesetzten Eisenpartikel
und elektrische Isolierung umfassenden Materials keine
Luftspalte in dem Magnetkreis vorgesehen werden, die eingestellt
werden müssen. Damit wird der Luftspalt über den ganzen
Magnetkreis verteilt, weil einzelne Partikel aus
pulverisiertem Eisen mit elektrischer Isolierung beschichtet sind.
Andersherum gesehen besitzt das zusammengesetzte Material über
das ganze Material verteilte viele kleine Spalte, die wie
Luftspalte wirken.
-
US-PS 2 885 458 beschreibt eine Zündspule, bei der ein
ringoder toroidförmiger Kern aus einem Eisenpulver und einem
Binder wie Phenol gebildet wird, das gestalt-geformt wird.
Diese Anordnung unterscheidet sich von der vorliegenden
Erfindung darin, daß u.a. der Magnetkreis aus mindestens zwei
Teilen zusammengesetzt ist, die so angelegt sind, daß ein
Zusammenbau der Primär- und Sekundärwicklungen der Zündspule
erleichtert wird.
-
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug
auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügte
Zeichnung erläutert, in welcher:
-
Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß
hergestellten Zündspule;
-
Fig. 2 eine Endansicht eines Bestandteils der in
Fig. 1 gezeigten Zündspule ist;
-
Fig. 3 einen Magnetteil darstellt, der statt
gewisser in Fig. 1 gezeigter magnetischer Teile
verwendet werden kann,
-
Fig. 4 eine Schnittansicht nach Linie 4-4 der Fig.
3;
-
Fig. 5 eine Schnittansicht nach Linie 5-5 der Fig.
4 ist; und
-
Fig. 6 einen modifizierten Magnetkreis für die
Zündspule der Fig. 1 darstellt.
-
In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 1 ist mit dem
Bezugszeichen 10 ein (allgemein schüsselförmiges) Gehäuse
bezeichnet, das aus geformtem Kunststoffisoliermaterial
gebildet ist. In dem Gehäuse 10 sind zwei (allgemein L-förmige)
magnetische Teile 12 und 14 angeordnet, die einen Teil des
Magnetkreises für die Zündspule bilden. Diese magnetischen
Teile 12 und 14 sind aus einem Eisenpulver und elektrische
Isolation umfassenden zusammengesetzten Material gebildet,
das zu der in der Zeichnung dargestellten Gestalt
druckgeformt ist. Dieses zusammengesetzte Material wird mit mehr
Einzelheiten später beschrieben. Die magnetischen Teile 12
und 14 sind identisch, und eines dieser magnetiscen Teile
ist mit mehr Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt. Für die
Beschreibung wird angenommen, daß in Fig. 2 das Magnetteil 14
gezeigt ist. Das Magnetteil 14 besitzt eine rechtwinklige
Öffnung 14A, einen sich axial erstreckenden Anteil 14B mit
einer kreisförmigen Innenfläche 14C und einen sich radial
erstreckenden Endwandabschnitt 14D. Entsprechende Abschnitte
des Magnetteils 12 sind mit 12A, 12B, 12C und 12D
bezeichnet. Die Endflächen der sich axial erstreckenden Abschnitte
12B und 14B sind längs Linie 15 aneinander in Anlage, um ein
sich axial erstreckendes Mittel zu bestimmen. Diese Anlage
wird durch Presspassung der Magnetteile 12 und 14 zwischen
inneren einander gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses 10
aufrechterhalten.
-
Die Zündspule besitzt ein Kernglied 16, das aus
Magnetmaterial gebildet ist. Das Kernglied 16 hat rechtwinkligen
Querschnitt, der an die rechtwinkligen Öffnungen 12A und 14A
angepaßt ist. Das Kernglied 16 wird während des Zusammenbaus
der Zündspule in die rechteckigen Öffnungen 12A und 14A
eingesetzt und kann mit den rechtwinkligen Öffnungen eine
Presspassung
bilden. In der endgültig zusammengebauten Stellung
des Kerngliedes 16 liegen die einander gegenüberliegenden
Enden desselben jeweils in den rechtwinkligen Öffnungen 12A
und 14A. Das Kernglied 16 verbindet magnetisch die
Magnetteile 12 und 14 magnetisch miteinander und dient auch als ein
Kern oder Kernmittel für die Primär- und Sekundärwicklungen
18, 22 der Zündspule.
-
Das Kernglied 16 kann aus einem Stapel von Stahlblechen,
d.h. einer Vielzahl von Stahllaminierungen gebildet sien.
Alternativ kann das Kernglied 16 auch ein massiver Eisenstab
oder eine solche Eisenstange sein. Weiter kann das Kernglied
16 aus dem gleichen Material wie die Magnetteile 12 und 14
gebildet werden, d.h. aus geformtem, Eisenpartikel und
elektrische Isolierung umfassenden zusammengesetzten Material.
-
Die Primärwicklung der Zündspule ist mit 18 bezeichnet. Sie
besteht aus einer Anzahl von Drahtwindungen, die auf einen
aus Isoliermaterial gebildeten Spulenkörper 20 aufgewickelt
und von ihm gestützt sind. Der Spulenkörper 20 und die
Primärwicklung 18 sind um das Kernglied 16 angeordnet.
-
Die Sekundärwicklung der Zündspule ist allgemein mit 22
bezeichnet. Die Sekundärwicklung 22 ist eine sogenannte
segment-gewundene Wicklung, da sie eine Vielzahl von in Reihe
miteinander verbundenen Wicklungsabschnitten oder Sektionen
24 besitzt, die in in einem Spulenkörper 26 ausgebildete
Ringnuten eingewickelt sind. Zwölf einzelne
Wicklungssektionen sind in Fig. 1 gezeigt. Der Spulenkörper 26 ist aus
einem elektrisch isolierenden Material gebildet.
-
Beim Zusammenbau der beschriebenen Zündspule kann ein Ende
des Kerngliedes 16 z.B. in die rechtwinklige Öffnung 12A im
Magnetteil 12 eingesetzt werden. Eine aus dem Spulenkörper
20 und der durch sie gehaltenen Primärwicklung 18
zusammengesetzte
primäre Wicklungseinheit wird nun um das Kernglied 16
zusammengebaut. Danach wird eine Sekundärwicklungseinheit
aus Spulenkörper 26 und der von diesem gehaltenen
Sekundärwicklung 22 um die Primärwicklungseinheit aufgebaut. Der
Magnetkreis 14 ist nun so weit zusammengebaut, daß das Ende
des Kerngliedes 16 in die rechtwinklige Öffnung 14A
eingesetzt wird, und zwar so, daß die Endflächen der sich axial
erstreckenden Abschnitte 12B und 14B einander berühren.
-
Wenn die verschiedenen Teile in der beschriebenen Weise
zusammengebaut sind, werden sie in das Gehäuse 10 eingesetzt
und dann mit einer aus mit 28 bezeichnetem isolierenden
Material gebildeten Einbettungsmasse verkapselt. Diese
Einbettungsmasse 28 verschließt das offene Ende des Gehäuses 10.
Die Einbettungsmasse 28 sichert die verschiedenen Teile der
Zündspule aneinander und verbindet sie mit dem Gehäuse 10,
um die verschiedenen Teile der Zündspule im Gehäuse 10
zuhalten. Auf andere Weise gesagt, die Einbettungsmasse 28 füllt
offene Räume in und um die verschiedenen Teile der Zündspule
aus.
-
Fig. 3-5 stellen ein Magnetteil 30 dar, das als Ersatz für
die Magnetteile 12 und 14 der Zündspule nach Fig. 1 dienen
kann. Das Magnetteil 30 ist aus magnetischem Material der
gleichen Art gebildet, wie es für die Magnetteile 12 und 14
Verwendung findet, d.h. aus einem geformten
zusammengesetzten, Eisenpulverpartikel und elektrische Isolierung
umfassenden Material. Das Magnetteil 30 besitzt Endwandabschnitte
30A und 30B, die durch einen sich axial erstreckenden
Abschnitt 30C verbunden sind. Die Endwandabschnitte 30A bzw.
30B besitzen (mit offenem Ende versehene, sich radial
erstreckende) Schlitze 30D und 30E. Die Schlitze 30D und 30E
nehmen die Enden eines Kerngliedes wie des Kerngliedes 16
auf, das mit Pressung in die Schlitze eingepaßt wird. Es ist
einzusehen, daß der sich axial erstreckende Abschnitt 30C
die gleiche Funktion ausführt, wie die sich axial
erstreckenden Abschnitte 12B und 14B der in Fig. 1 gezeigten
Anordnung, und damit axial erstreckendes Mittel bestimmen.
-
Fig. 6 zeigt einen anderen abgewandelten Magnetkreis. In
Fig. 6 sind für die Magnetteile 12, 14 und das Rernglied 16
aus Fig. 1 Magnetteile 32 und 34 eingesetzt. Primär- und
Sekundärwicklungen 18 und 20 sind schematisch dargestellt und
besitzen Spulenkörper wie die in Fig. 1 gezeigten. Die
Magnetteile 32 und 34 sind aus der gleichen Art Magnetmaterial
wie die Magnetteile 12 und 14 gebildet, d.h. einem
Eisenpulverpartikel und elektrische Isolierung umfassenden
zusammengesetzten Material. Das Magnetteil 32 besitzt einen sich
axial erstreckenden Abschnitt 32A, dessen Endfläche an der
Endfläche des sich axial erstreckenden Abschnitts 34A des
Teils 34 anliegt oder sich daran abstützt. Die axial
erstrekkenden Abschnitte 32A und 34A entsprechen den sich axial
erstreckenden Abschnitten 12B und 14B der Fig. 1, besitzen die
gleiche Form wie diese Teile und bestimmen deshalb sich
axial erstreckendes Mittel. In Fig. 6 ist der Kern für die
Primärwicklung 18 und die Sekundärwicklung 22 kein separates
Teil, sondern durch die aneinander anliegenden, sich axial
erstreckenden Abschnitte 32B und 34B der Magnetteile 32 bzw.
34 gebildet. Die sich axial erstreckenden Abschnitte 32B und
34B sind integral mit den Endwandabschnitten 32C und 34C der
Magnetteile 32 bzw. 34 und stehen axial von ihnen ab. Die
sich axial erstreckenden Abschnitte 32B und 34B können
quadratischen Querschnitt wie das Kernglied 16, oder auch
kreisförmigen Querschnitt besitzen.
-
Wie vorher beschrieben, können die Magnetteile 12, 14, 16,
30, 32 und 34 alle aus einem zusammengesetzten
Magnetmaterial gebildet sein, das aus Partikeln von pulverisiertem
Eisen in einem aus elektrisch isolierendem Material
gebildeten Binder besteht. Das endgültige druckgeformte Produkt
sollte so sein, daß einzelne Eisenpulverpartikel von
elektrisch isolierendem Material umhüllt sind. Das isolierende
Material erfüllt dann zwei Funktionen, nämlich es isoliert
die Eisenpulverpartikel voneinander und bindet die
Eisenpulverpartikel zusammen. Die elektrisch isolierende
Beschichtung an und zwischen den Eisenpartikeln wirkt wie viele
kleine Luftspalte, die durch das zusammengesetzte Material
verteilt sind. Die Spalte sind nicht tatsächlich aus Luft
gebildet, da jedoch das isolierende Material etwa die gleiche
Permeabilität wie Luft besitzt, wird ein Luftspalteffekt
erzielt.
-
Diese Erfindung ist nicht auf die Art von
Eisenpartikelpulver begrenzt, wie es hier Verwendung findet, noch auf die
Art von Teilchenisolierung, die hier verwendet ist. Die
mittlere Teilchengröße der Eisenpartikel kann etwa 0,1 mm (0,004
inch) betragen. Ein Beispiel eines solchen Eisenpulvers ist
ein Eisenpulver 1000B der Firma Hoeganeas Corp.. Dieses
Eisenpulver kann mit einem entsprechenden Epoxidharzpulver
gemischt und die Mischung dann in einer Presse oder Form zur
gewünschten Gestalt kompaktiert werden. Das geformte Teil
wird dann ausgehärtet und das sich ergebende Produkt ist ein
Material, bei dem die Eisenpartikel durch das isolierende
Epoxidmaterial voneinander isoliert sind, das auch zur Bindung
der Eisenpartikel miteinander dient. Das endgültige Produkt
kann einen Anteil von Epoxidmaterial im Bereich von 0,5 bis
2 Gew.-% aufweisen, während der Rest aus Eisenpartikeln
besteht.
-
Das zusammengesetzte Material kann aus Eisenpartikeln
bestehen, die durch ein ausgehärtetes thermoplastisches Material
miteinander verbunden und voneinander getrennt sind. So
können Eisenpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von
etwa 0,1 mm (0,004 inch) mit einem thermoplastischen
Material beschichtet sein. Die beschichteten Partikel werden in
eine erwärmte Form gegeben und dann zu der gewünschten Form
und Dichte druck- oder kompressionsgeformt. Das endgültige
Produkt ist ein zusammengesetztes Teil, das aus
ausgehärtetem thermoplastischen Material und Eisenpartikeln besteht.
Das ausgehärtete thermoplastische Material bindet die
Eisenpartikel zusammen und dient zum Isolieren einer Mehrzahl der
Eisenpartikel voneinander. Es ist zwar möglich, daß ein Teil
der Eisenpartikel während des Formvorgangs miteinander in
Berührung kommt, jedoch besitzt dads endgültige Produkt immer
noch eine Vielzahl der Spalten, die wie Luftspalte wirken.
Das endgültige geformte Teil kann volumenmäßig etwa 96%
Eisenpartikel und etwa 4% thermoplastisches Material
enthalten.
-
Bei einer üblichen Zündspulenauslegung unter Benutzung von
Stahlblechlaminierungen ist die Dichte des Stahlblechs ein
konstanter Wert. Deswegen wird die für den Magnetkreis
auszulegende Eisenmenge (zur Verhütung von Flußdichten-Sättigung
des Kreises) beeinflußt durch die Querschnittsfläche und den
Stapelfaktor der Schichten. Auch ist das Stahlblech
kontinuierlich, und deswegen wird der für den Kreis (zur Steuerung
der zur Erzeugung der gewünschten Energiespeicherung
erforderlichen Primärinduktanz) festgelegte Luftspalt bestimmt
durch die körperlich aus dem Kreis herausgeschnittene
Stahlmenge. Bei einer Zündspulenauslegung, welche elektrisch
isolierte Eisenpartikel benutzt, ist die Dichte des in
pulverisierter Form vorliegenden Metalls variabel. Deswegen wird
die Menge des für den Kreis auszulegenden Eisens durch die
Querschnittsfläche und die Dichte beeinflußt, welche durch
den Kompaktierungsvorgang des Metallpulvers erzielt wird.
Auch sind die pulverisierten Eisenpartikel durch die
elektrisch isolierende Beschichtung voneinander isoliert, und
deswegen wird der für den Kreis ausgelegte Luftspalt
beeinflußt durch die Anzahl der in pulverisierter Metallform
vorhandenen beschichteten Eisenpartikel und ihren
Zwischenabstand.
Die Anzahl der vorhandenen beschichteten
Eisenpartikel und der Zwischenabstand werden bestimmt durch die Länge
des durch die Form ausgelegten Flußweges, durch die Größe
der Querschnittsfläche und durch die bei dem
Kompaktierungsvorgang des Metallpulvers erzielte Dichte.
-
Es besteht eine Beziehung zwischen der Eisenmenge und dem
vorhandenen Luftspalt bezüglich der in der Pulvermetallform
erzeugten Flußdichte. Diese Beziehung kann wie folgt erklärt
werden. Bei einer bestimmten Zündspulenauslegung unter
Benutzung einer bekannten Menge von pulverisiertem Metallmaterial
kann die Eisenmenge und die Größe des Luftspalts, die
benötigt werden, um das gewünschte Zündspulenverhalten zu
schaffen, bestimmt werden. Dann muß, um die Größe und Form des
Magnetkreises zu entwickeln, die Querschnittsfläche optimiert
werden. Wenn nicht genügend Querschnittsflächengröße
vorhanden ist, wird die Flußdichte zu hoch und das Eisen
gesättigt. Die Eisensättigung verschlechtert das Verhaltung
infolge eines schlechten Energieübertragungswirkungsgrads und
hoher Kernverluste. Wenn zu viel Querschnittsfläche
vorhanden ist, wird die Flußdichte zu klein und die Flußlinien
umgehen die Luftspalte. Die Anzahl der vorhandenen Spalte kann
ausreichend sein, um genug gespeicherte Energie zu schaffen,
aber es werden nicht alle Spalte in dem Magnetkreis
eingesetzt. Deswegen tritt immer noch eine scheinbare
Eisensättigung und damit ein schlechtes Verhalten infolge niedrigen
Energieübertragugnswirkungsgrades und hoher Kernverluste
auf.
-
Wenn also zu viel Eisen in den Magnetkreis vorhanden ist
infolge zu großer Querschnittsfläche werden, auch wenn der
durch die Eisenpartikelbeschichtungen verursachte kumulative
Luftspalt und der Abstand zwischen den Eisenpartikeln in
Hinblick auf die Zündspulenauslegung korrekt sind, die
Flußlinien selektiv und benutzen nur einen Anteil der Luftspalte.
-
Das ergibt eine unerwünschte Situation. Wenn die Situation
überkorrigiert ist durch zu große Reduzierung der
Querschnittsfläche, wird das Eisen gesättigt. Das ergibt eine
unerwünschte Situation. Der Punkt, an dem das Eisen
vollständig ausgenützt, jedoch nicht gesättigt ist, und die
Luftspalte vollständig ausgenützt, jedoch nicht gesättigt sind, ist
das für die wirksamste Zündspulenauslegung unter Benutzung
von elektrisch isolierten pulverisierten Metallpartikeln für
den Magnetkreis erwünschte Auslegungsfenster.