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Diese Erfindung betrifft eine Zündspulenbaugruppe für Verbrennungsmotoren.
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Gegenwärtig hergestellte Zündspulenbaugruppen für Verbrennungsmotoren,
insbesondere solche für die Verwendung in Fahrzeugen, schließen einen großen
Schichtkern aus Stahl ein sowie primäre und sekundäre Spulenbaugruppen, die
diesem zugeordnet sind, und die in einem vergleichsweise dünnen, elektrisch
isolierenden Gehäuse aus Thermoplast eingeschlossen sind. Um die
Spulenbaugruppe am Motor oder den ihn umgebenden Teilen zu montieren oder
dauerhaft zu befestigen, stellt man bekanntlich Befestigungsöcher durch den Kern
und manchmal auch durch das umgebende Gehäuse bereit, wie dies in US-Patent
Nr.4,763,094 gezeigt ist. Dies begrenzt die Möglichkeiten für die Anordnung der
Spulengruppe innerhalb des Motorenraumes. Insbesondere müssen die oben
erwähnten Zündspulenbaugruppen auf geerdeten Flächen befestigt werden, um die
Möglichkeit eines elektrischen Schlages auszuschließen. Ferner wurde festgestellt,
daß die Unterschiede zwischen Gehäuse und Schichtkern in Bezug auf die
thermischen Ausdehnungskoeffizienten Spannungen im Gehäuse verursachen
können, die die Wasserdichtigkeit der Baugruppe beeinflussen und/oder mit der
Zeit zur Ausbreitung von Haarrissen innerhalb des Gehäuses führen können.
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In sölchen Fällen, wie bei der in US-Patent Nr.4,763,094 gezeigten Vier-Turm-
Spulenkonstruktion, in denen die Kernschichten andernfalls der ußeren Umgebung
ausgesetzt wären, ist es auch üblich, eine weiche, wasserdichte Schicht aus
Isolierband oder einem ähnlichen Material bereitzustellen, die über den inneren,
nicht abgedeckten Flächen der C-förmigen Schichtkerne angebracht wird. Bei der
Umsetzung in der gegenwärtigen Massenfertigung von Zündspulenbaugruppen ist
dies ein teures Verfahren. Die Verwendung von wasserdichtem Band erfordert
auch das Hinzufügen eines weiteren Arbeitsschrittes zur Herstellung der
Zündspulenbaugruppe an der Fertigungsstrecke.
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EP-A-0 395 513, EP-A-0 395 511 und EP-A-0 253 939 beschreiben typische
Zündspulenbaugruppen. In EP-A-0 253 939 befinden sich die Seiten des
Primärspunbaugliedes direkt in einer Keilnut im Gehäuse. Aufgrund der
Auswirkungen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Kerns und des
Gehäuses könnte jedoch ein fester Sitz des Kerns in der Keilnut des Gehäuses
einen Bruch des Gehäuses bei thermischer Wechsebeanspruchung oder während
ausgedehnter Zeiträume bei erhöhten Temperaturen verursachen. EP-A-0 253 939
offenbart die Verwendung eines komprimierbaren Elementes (30), um diese
Ausdehnungsprobleme zu überwinden, die die Wasserdichtigkeit der Baugruppe
beeinflussen können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft alle vorstehenden Probleme. Ferner ist die
vorliegende Erfindung darauf ausgerichtet, Flexibilität der Herstellungtechniken zu
gewährleisten, damit dieselbe Basiskonstruktion der Spule sowohl für auf
Verteilern basierende als auch für verteilerfreie Zündsysteme verwendet werden
kann.
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Zündspulenbaugruppen nach dem Stand der Technik sind schon vom Entwurf her
auf Zündsysteme mit bzw. ohne Verteiler ausgerichtet. Verteilerfreie Zündsysteme
erfordern typisch genauso viele Hochspannungs-Ausgangsanschlüsse wie der
betreffende Motor Zylinder aufweist, so daß zum Beispiel ein Vierzylindermotor
eine Vier-Turm-Zündgruppe wie die in US-Patent Nr. 4,763,094 offenbarte
erfordern würde. Diese Ausrichtung auf eine bestimmte Zündgruppenkonstruktion
erfordert, daß die maschinelle Ausrüstung des Fließbandes in der Produktion auf
Produktionssysteme mit bzw. ohne Verteiler ausgerichtet wird.
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Im Hinblick auf das Vorhergehende sieht diese Erfindung die Bereitstellung einer
Zündspulenbaugruppe für Verbrennungsmotoren mit insgesamt erhöhter
Zuverlässigkeit vor, die auch jede Möglichkeit des Eintretens von Wasser in die
inneren Bestandteile der Zündspule ausschließt und eine mangelhafte Leistung der
Spulenbaugruppe verhindert, wobei die Gesamtzuverlässigkeit erhtht wird.
Die Erfindung sieht ferner eine Zündspulenbaugruppe mit einem Gehäuse vor, das
die Primär- und Sekundärspulenbaugruppe sowie das Kernbauglied vollständig
umschließt, und die mit dem Gehäuse in einem Stück ausgeformte
Befestigungsglieder einschließt, die auf dem Außenumfang des Gehäuses so
angebracht sind, das sie nicht mit der inneren Spulen-/Kembaugruppe in Konflikt
geraten.
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Die Zündspulenbaugruppe, die die vorliegende Erfindung darstellt, wird in
Patenanspruch 1 beansprucht.
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Durch die Durchführung relativ geringer Veränderungen bei der Konstruktion und
der Herstellung der Zündspulenbaugruppe, die die Erfindung darstellt, können
sowohl auf Verteilern basierende als auch verteilerfreie Zündsysteme bereitgestellt
werden.
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Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden, in denen:
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Abbildung 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise als Querschnitt und teilweise
als Explosionszeichnung, einer Zündspulenbaugruppe entsprechend einer
Ausführungsform der Erfindung ist;
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Abbildung 2 eine seitliche, teilweise als Querschnitt ausgeführte
Explosionsdarstellung der in Abbildung 1 gezeigten Zündspulenbaugruppe ist,
wobei das Einbettungsmaterial und die Hochspannungstürme entfernt wurden;
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Abbildung 3 eine perspektivische Darstellung eines C-förmigen Schichtkernes ist,
der entsprechend der in den Abbildungen 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
vollständig in ein Isoliermaterial aus Gummi eingebettet ist;
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Abbildung 4 eine perspektivische Darstellung einer Vier-Turm-
Zündspulenbaugruppe nach dem Stand der Technik ist;
Abbildung 5 eine vergrößerte, perspektivische, teilweise als Explosionszeichnung
ausgeführte Darstellung des Primärspulenkörpers, der Primärspule, der
Primäranschlüsse und der primären Anschlußdose der vorliegenden Erfindung ist,
wie sie in Abbildung 1 gezeigt ist;
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Abbildung 6 ein seitlicher Querschnitt entlang der Strecke 6-6 in Abbildung 5 ist,
der den lötfreien Anschluß und einen Bereich der hierin eingebetteten Primärspule
zeigt;
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Abbildung 7 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer alternativen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die eine Primärsteckergruppe und
eine elektrische Umgehungsverbindung zeigt, die in einer Verteiler-
Zündspulenbaugruppe verwendet wird;
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Abbildung 8 eine segmentierte Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der
Primärsteckergruppe ist, die eine elektrische Umgehungsverbindung und die
Bereiche fiir Verschluß und Aufnahme der Schwalbenschwanzverbindung zeigt;
und
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Abbildung 9 ein Beispiel teilweise als Querschnitt zeigt, worin der Kern innerhalb
des Gehäuses der Spulenbaugruppe ausgeformt ist.
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Unter Bezugnahme auf die Abbildungen 1, 2 und 3 schließt eine
Zündspulenbaugruppe 2 der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 4 mit einer
Vielzahl identischer Befestigungsteile 6, 8 und 10 ein, die alle am Gehäuseäußeren
angeordnet sind und in einem Stück mit dem Gehäuse geformt sind. Verlängerte
Metallbuchsen 12 befinden sich in der Mitte der Befestigungsteile, um die sichere
Montage der Zündspulenbaugruppe innerhalb des Motorenraums zu erleichtern.
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Ein Aufnahmebereich 14 des Schwalbenschwanzes ist ebenso auf der
Gehäuseaußenseite in einem Stück mit dieser ausgeformt. Der Aufnahmebereich
14 des Schwalbenschwanzes nimmt den entsprechenden Verschlußbereich des
Schwalbenschwanzes 16 auf, der auf der Primärsteckergruppe angeordnet ist, und
hält ihn fest. Die Schenkel 18 auf jeder Seite des Verschlußbereiches 16 greifen
gleitend in die jeweiligen Kanäle des Aufnahmebereiches 14.
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Ein C-förmiger Schichtkern aus Stahl 20 befindet sich innerhalb des Gehäuses. Der
Kern 20 ist mit einem inneren offenen Hohlraum 22 versehen, in dem die mit 24
bzw. 26 bezeichneten Primär- bzw. Sekundärspulengruppen ineinander
verschachtelt angeordnet sind. Die Sekundärspulengruppe 26 schließt einen
Spulenkörper 28 ein. Eine Spule 30 ist um den Spulenkörper 28 gewickelt, wobei
die Spulenenden an den Sekundäranschlußdosen 32 angeschlossen sind. Die
Endbereiche der Sekundärspule sind mit den Sekundäranschlüssen 34 verlötet, die
mit den Sekundäranschlußdosen 32 druckverbunden sind.
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Unter Bezugnahme auf die Abbildungen 1, 2 und 5 ist erkennbar, daß die
Primärspulengruppe 24 einen I-förmigen Schichtkern 36 umfaßt, der innerhalb
eines Spulenkörpers 38 ausgeformt ist. Eine Primäranschlußdose 40 ist ein in
einem Stück mit diesem ausgeformter Bestandteil des Spulenkörpers 38, der sich
an einem seiner Enden befindet und einen abschließenden Halterungsbereich 42
einschließt. Eine zweite Halterung 44 erstreckt sich am anderen Ende des
Spulenkörpers 38 von diesem weg. Jede Halterung 42, 44 ist angepaßt, sich in
eine erste innere Aussparung 46 bzw. eine zweite innere Aussparung 48
einzufügen, die auf dem Kern 20, wie in Abbildung 3 gezeigt ist, ausgebildet sind.
Zum Zwecke des Zusammenbaus sind die Halterungen 42, 44 ebenso wie die
Aussparungen 46, 48 lateral zueinander versetzt, um sicherzustellen, daß die
Spulengruppe innerhalb des Gehäuses korrekt ausgerichtet ist. So dient jedes
dieser Teile zur Ausrichtung der Spulengruppe, ebenso wie Keil und Keilnut 52, 54
des Kerns bzw. Gehäuses, wie unten näher erläutert wird.
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Abbildung 3 zeigt einen C-förmigen Schichtkern 20, der in einer Verschalung 50
aus Polypropylen eingeschlossen ist, das mit Gummi versetzt ist. Der C-förmige
Schichtkern ist dazu angepaßt, von dem tieferen Bereich des Gehäuses
aufgenommen zu werden und sich dort gleitend einzupassen. Das mit Gummi
versetzte Polypropylen 50, wie es etwa von A. Schulman, Inc. (USA) unter dem
Handelsnamen Polytrope (Kenn-Nr. TPP 503, 504, 514, 517 und 524) und auch
von Advanced Elastomeric Systems (USA) unter dem Handelsnamen Santoprene
und Vistaflex (TPR), Kenn-Nr. 123-60 bzw. 9203-54W900 vertrieben wird, ist
ein bevorzugtes Verschalungsmaterial, da es als elastische, komprimierbare
Druckentlastungsschicht zwischen dem C-förmigen Metallkern 20 und dem
Gehäuse 4 dient. Das chemische Verhalten der Oberfläche des
Verschalungsmaterials muß nicht bindend und unreaktiv in Bezug auf das Gehäuse
und das Einbettungsmaterial sein, um eine Bewegung der Materialien bezüglich
einander zuzulassen und auch für Entlastung von den Auswirkungen
unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien zu
sorgen. Dieses nicht bindende chemische Verhalten verhindert Bruch bei
thermischer Wechsebeanspruchung oder während ausgedehnter Zeiträume bei
erhöhten Temperaturen, denen diese Zündspulenbaugruppen gewöhnlich
ausgesetzt sind.
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Eine Keilnut 52 befindet sich in einem inneren Bereich des Gehäuses 4 und ein
passender Keil 54 befindet sich an der Außenseite des Kerns und ist angepaßt, in
die Keilnut 52 des Gehäuses 4 zu greifen.
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Wie in den Abbildungen 5 und 6 gezeigt, befindet sich an dem Primärspulenkörper
38 oberhalb der Primäranschlußhalterung 42 ebenso eine Primäranschlußdose 40,
die dafür eingerichtet ist, ein Paar Schneidklemmenstecker 56 aufzunehmen. Eine
Spule 58 ist um den Spulenkörper 38 gewickelt, wobei sich die Anschlußenden 60
der Spule 58 innerhalb der Schneidklemmenstecker 56 befinden und in Paaren von
einander gegenüberliegenden, umgedrehten V-förmigen Schlitzen 62 eingeklemmt
sind.
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Die Anschlußenden 60 der Primärspule 58 vergrößern so die Länge des
Hohlraumes, in dem sich die Schneidklemmenstecker befinden. Die Stecker 56
sind U-förmig und schließen einen Federspannarm 64 ein, der die Drähte 60
festklemmt. Die Stecker 56 werden in dem Hohlraum durch Zacken 66 auf den
Seiten der Stecker 56 festgehalten. Befinden sich die Schneidklemmenstecker 56
innerhalb des Hohraumes der Primäranschlußdose 68, so wird der Stecker fest mit
den Seitenwänden 68 des Hohiraumes verkeilt werden. Jeder
Schneidklemmenstecker 56 schließt umgedrehte V-förmige Schlitze 62 oder
Öffnungen zum Aufnehmen der Spule ein, so daß beim Hineindrücken des
Steckers in den Hohlraum 70 die Primärspulenanschlußenden 60 ergriffen werden.
Wie in Abbildung 6 gezeigt, erstrecken sich die Primärspulenanschlußenden 60
sowohl durch Primäranschlußdose 40 als auch durch die Schneidklemmenstecker
56 hindurch. Wird die Öffnung zum Aufnehmen der Spule 62 auf den
Primärspulenendbereich 60 gedrückt, so wird das Isoliermaterial, das auf der
gesamten Primärspule 58 aufgebracht ist, abgeschabt, und es entsteht ein direkter
elektrischer Kontakt zwischen den Primärspulenanschlußenden 60 und dem
Schneidklemmenstecker 56.
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Die Primärsteckergruppe 74 besteht, wie in den Abbildungen 1 und 2 gezeigt, aus
einem elektrisch isolierenden Material. Sie besitzt ein Segment 76 zur Isolierung
der Elektroden und einen Dosenbereich 78. Das Segment 76 zur Isolierung der
Elektroden wurde so konstruiert, daß es einen Randbereich 80 des Gehäuses 4
überlappt und sich in das Gehäuse hinab erstreckt. Der Schenkel 18 befindet sich
in einem gewissen Abstand von dem Dosenbereich 78, um einen Spalt 82 zu
bilden, der etwas breiter ist, als das Gehäuse dick ist, so daß die Steckergruppe
über das Gehäuse gleitet, bis der Rand 80 an der Krümmung 84 an die
Steckergruppe stößt. Wie vorher beschrieben, schließt die Primärsteckergruppe 74
auch einen Verschlußbereich eines Schwalbenschwanzes 14 ein, der dazu
verwendet wird, die Primärsteckergruppe an dem Gehäuse zu befestigen. Während
der Spalt 82 die Gruppe 74 daran hindert, sich nach außen vom Gehäuse zu
entfernen, verhindert der Verschlußbereich 14, insbesondere das Kanalbauglied
86, eine relative laterale Verschiebung.
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Wie in Abbildung 7 gezeigt, verlaufen die elektrischen Leitungen 88 und 90 durch
das Segment 76 zur Isolierung der Elektroden und den Dosenbereich 78. Die
elektrischen Leitungen 88, 90 weisen in ihren Endbereichen Öffnungen 92, 94 auf,
die eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Endbereich der elektrischen
Leitungen 88, 90 und der Primärspule 58 erleichtern.
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Wie üblich empfängt die Leitung 88 Daten zur Steuerung des Zündsystems von
einem integrierten Zündsteuersystem, und die zweite elektrische Leitung 90 der
Primärsteckergruppe erhält eine 12-Volt-Eingangsspannung vom Batteriesystem
des Fahrzeugs.
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Um die Spulenbaugruppe 2 zusammenzubauen, wird die Primärspulengruppe 24 in
die Sekundärspulengruppe 26 eingesetzt. Getrennt davon wird der Kern 20 in das
Gehäuse 4 eingesetzt. Dann wird die vereinigte Spulengruppe 24, 26 so in den
Hohlraum 22 des Kernes 20 eingesetzt, daß die Primäranschlußhalterungen 42
und die Verlängerungshalterung 44 des Primärspulenkörpers 38 in den
Aussparungen 46 bzw. 48 des C-förmigen Kerns 20 ruhen. Die
Sekundärspulengruppe 26 und die Primärspulengruppe 24 werden somit vom
inneren, offenen Hohlraum 22 des C-förmigen Schichtkernes 20 getragen.
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Dann werden die Türme 96 in die Sekundäranschlüsse 34 geschraubt. Ein
Gießharz 98 wird daraufhin in den Innenbereich des Gehäuses eingebracht,
nachdem alle Komponenten zusammengebaut wurden, und das Gießharz bedeckt
die gesamte Zündspulenbaugruppe und isoliert sie elektrisch.
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Die Abbildungen 7 und 8 zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die eine Zündspulenbaugruppe zur Verwendung in einem verteilerfreien
Zündsystem in eine Zündspulenbaugruppe zur Verwendung in einem auf Verteilern
basierenden Zündsystem verwandelt. Die Entfernung von einem der
Hochspannungstürme 96 und das Hinzufügen einer leicht veränderten
Zündspulenbaugruppe verwandeln die Primärsteckerbaugruppe wirkungsvoll in eine
Verteilerspule zur Verwendung in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor.
Insbesondere verwendet die modifizierte Primärsteckerbaugruppe dieser
Ausführungsform ein Umgehungsbauglied 108, das den Sekundäranschluß 34 mit
der zweiten elektrischen Leitung 88 verbindet, die den positiven Anschluß der
Primärspule darstellt. Die elektrische Leitung 88 befindet sich bei niedriger
Spannung, d.h. 12 Volt bei einem herkömmlichen 12-Volt-System, und stellt so
eine virtuelle Masse bereit. Die Befestigungsschraube 110 befestigt die elektrische
Umgehungsleitung 108 an Anschluß 34.
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Abbildung 9 zeigt ein weiteres Beispiel, worin der Kern 20 vollständig innerhalb der
Innen- und Außenwände 100, 102 des Gehäuses geformt ist. Der vollständig vom
Gehäuse umschlossene Kern 20 ist mit einer ersten inneren Aussparung 104 und
einer zweiten inneren Aussparung 106 ausgestattet, die angepaßt sind, mit dem
Anschlußhalterungsbereich 42 und der zweiten Halterung 44 des Spulenkörpers
38 zusammenzupassen. Die entsprechende Position der inneren Aussparungen ist
gleich den in Abbildung 3 gezeigten. Ein gummibeschichteter Kern, nicht gezeigt,
ist entsprechend der Erfindung als Einsatz zwischen den Innen- und Außenwänden
des Baugruppengehäuses 2 ausgeformt.